7 tanaman. Menurut Papadakis et al. 1996 dalam Suhardiyanto 2009 menyatakan bahwa pada saat
kecepatan angin di atas 1,8 ms efek termal terhadap laju ventilasi dapat diabaikan. Kinerja ventilasi alamiah pada rumah tanaman tergantung kepada rancangan bukaan ventilasi
dan lokasi rumah tanaman Suhardiyanto 2009. Kinerja ventilasi alamiah dinyatakan dalam laju rate aliran udara volumetrik yang melewati bukaan ventilasi dengan satuan m
3
s per m
2
luas bukaan ventilasi Takakura 1979 diacu Suhardiyanto 2009. Luas lubang bukaan masuk inlet sama dengan
luas lubang bukaan keluar outlet. Berikut adalah persamaan yang digunakan untuk menentukan luas bukaan ventilasi pada ventilasi alamiah karena faktor angin Esmay dan Dixon 1986.
dimana A adalah luas lubang bukaan m
2
, Q adalah laju ventilasi Ls, E adalah efektifitas bukaan 0,5
– 0,6 untuk arah angin tegak lurus dinding: 0,25 – 0,35 untuk arah diagonal, dan V adalah kecepatan linier dari angin ms.
Jika suhu udara di dalam bangunan lebih panas dari suhu luar, maka tekanan udara di dalam rumah tanaman akan lebih rendah dari tekanan udara luar sehingga terjadi aliran udara ke dalam
bangunan atau inflow apabila tekanan udara dalam lebih besar dari pada luar terjadi aliran udara keluar atau outflow.
Ventilasi mekanis relatif dapat memberikan efek pengendalian suhu yang lebih baik karena dapat dikendalikan sesuai dengan keinginan. Namun, sistem ini memerlukan biaya investasi dan
operasional yang harus dipertimbangkan secara ekonomis apabila akan diterapkan pada usaha komersial. Pada prinsipnya, aliran yang diperlukan untuk pertukaran udara di dalam bangunan
digerakkan oleh tenaga mekanis dengan peralatan yang disebut kipas angin atau fan suhardiyanto, 2009.
2.4. CFD Computational Fluid Dynamics
Computational Fluid Dynamics CFD adalah sebuah ilmu terapan yang mempelajari dinamika aliran fluida dan transfer panas dengan pendekatan model matematika diferensial dan teknik
numerik. Dengan menggunakan CFD prediksi aliran di berbagai sistem dapat dilakukan dengan biaya yang relatif murah dan dengan waktu yang relatif singkat dibandingkan dengan menggunakan metode
eksperimen Anonim 2010. Program CFD dapat memprediksi aliran fluida pada kondisi tertentu menggunakan
penyelesaian persamaan-persamaan yang mengatur aliran fluida. Persamaan aliran fluida merupakan persamaan diferensial parsial. Dalam simulasi pola aliran udara, udara digambarkan secara kuantitatif
dalam besaran suhu dan kecepatan menggunakan persamaan diferensial. Berikut adalah contoh hasil simulasi CFD pada rumah tanaman Campen et al. 2009.
Gambar 2. Hasil simulasi komputer distribusi suhu udara pada rumah tanaman.
8 Penelitian menggunakan CFD sudah banyak dilakukan sebelumnya, misalnya simulasi pada
bangunan pertanian seperti kandang sapi perah oleh Yani et al. 2007, kandang ayam pedaging beratap monitor oleh Muflihati 2006 dan rumah Tradisional Badui dan rumah modern oleh Andhini
2010, serta penggunaan kemasan karton yang dilakukan oleh Adhinata 2008. 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 computer 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 Anonim 2010. 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 tiga elemen utama, yaitu: 1
Pre-Processor 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 Anonim 2010. 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 Anonim 2010.
9 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 Anonim 2010. 3
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
2.5. SolidWorks
