Dimana : = Perbedaan tekanan pada 2 titik pengukuran yang berbeda Pa
= Pipe Friction Coefficient
= Panjang pipa pengukuran tekanan m
D =
Diameter pipa m = Densitas Fluida kgm
3
V = Kecepatan aliran fluida ms
2.7 Dasar-dasar simulasi
Simulasi adalah usaha menginterpretasikan model-model matematika dari suatu proses atau fenomena fisik dengan menggunakan komputer dalam rangka memberikan gambaran situasi nyata
dengan sebagian besar rinciannya Syamsa, 2003. Dengan simulasi atau bekerja dengan model diharapkan:
1. Dapat meramalkan hasil atau keluaran
2. Lebih memahami model fisik dan matematik dari fenomena dan proses
3. Bereksperimen dengan model
4. Melakukan pengujian dengan model
5. Menggunakan model untuk tujuan penelitian dan pelatihan
Menurut syamsa
2003, simulasi proses dapat dikategorikan menjadi dua kategori berdasarkan kondisinya yaitu simulasi pada keadaan tunak dan simulasi dalam keadaan dinamis.
Simulasi keadaan tunak biasanya terdiri dari sejumlah persamaan aljabar yang diselesaikan secara iterasi, misalnya untuk menghitung kalkulasi panas dan keseimbangan dari suatu proses dibawah
kondisi keadaan tunak yang berubah-ubah. Program simulasi keadaan tunak umum digunakan dalam proses industri sedangkan pada simulasi keadaan dinamis kondisi transien dari perubahan proses juga
diperhitungkan. Simulasi ini dilakukan dengan menyelesaikan persamaan-persamaan diferensial non- linier berjumlah besar dalam waktu nyata dengan tujuan untuk menggambarkan keseimbangan
dinamik bahan dan energi dari proses yang disimulasikan. Laju akumulasi masa dan energi dihitung secara kontinyu dan diintegrasikan sepanjang interval waktu yang relatif kecil, yaitu untuk
menghasilkan proses tiruan dari tangga dinamik yang realistik seperti suhu, tekanan dan komposisi bahan.
2.8 Computational Fluid Dynamics CFD
Computational merupakan segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika dan metode numeric atau komputasi sedangkan fluid Dynamics merupakan dinamika dari segala sesuatu yang
mengalir. Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan-persamaan
matematika Tuakia, 2008. CFD memprediksi aliran berdasarkan model matematika, metode numerik teknik solusi dan
diskritisasi, dan tools perangkat lunak solvers, tools pre- dan postprocessing. Pada umumnya terdapat tiga tahapan proses simulasi CFD, yaitu: preprocessing, solving, dan postprocessing.
Preprocessing merupakan tahapan awal dalam membangun dan menganalisis sebuah model
CFD. Menurut Versteeg dan Malalasekera 1995 terdapat langkah-langkah yang dilakukan dalam preprocessing, yaitu :
a. Membentuk geometri computational domain dua dimensi atau tiga dimensi
10
b. Membentuk geometri menjadi sejumlah bagian yang lebih kecil grid. Grid merupakan
bagian yang akan dicari solusinya karena tingkat keakuratan hasil CFD didasarkan pada jumlah grid yang dibentuk. Bila jumlah grid lebih banyak maka hasil komputasi lebih
akurat tetapi proses komputasi menjadi lebih lama sehingga dibutuhkan perangkat computer yang lebih baik. Sebaliknya, bila jumlah grid lebih sedikit maka hasil
komputasi kurang akurat tetapi proses komputasi berjalan dengan cepat c.
Mendefinisikan fenomena –fenomena yang terjadi fisik dan kimia karena dibutuhkan dalam pemodelan
d. Mendefinisikan karakteristik fluida
e. Mendefinisikan kondisi batas boundary condition pada model geometri
Solving merupakan tahapan seluruh kondisi preprocessing terpenuhi karena akan dilakukan
perhitungan kondisi-kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing. Menurut Versteeg dan Malalasekera 1995 terdapat tiga teknik solusi teknik numeric dalam mencari solusi CFD, antara lain
difference, finite element, dan spectral method. Perbedaan yang mendasari teknik solusi di atas adalah pada proses memperkirakan diskritasi aliran tersebut. Pencarian solusi yang sering digunakan saat ini
adalah finite volume yang merupakan perkembangan dari finite difference. Finite volume didasarkan pada algoritma numeric dimana dilakukan pembangunan persamaan berdasarkan integrasi variabel-
variabel secara keseluruhan. Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam mencari solusi pada CFD meliputi :
a. Memperkirakan variabel aliran yang tidak diketahui menngunakan fungsi sederhana
b. Diskritasi hasil prakiraan tersebut dengan mensubstitusi ke dalam persamaan aliran
fluida tersebut dan memanipulasinya secara matematis c.
Membuat solusi dengan persamaan aljabar
Postprocessing merupakan tahapan terakhir dalam analisis CFD untuk mengorganisasi dan
menginterpretasi data hasil analisis fluida. Hasil analisis didasarkan pada visualisai warna yang meliputi :
a. Hasil dari geometri dan grid yang telah dibentuk
b. Plot berdasarkan vektor
c. Plot berdasarkan kontur
d. Plot berdasarkan permukaan dua dimensi atau tiga dimensi
Visualisasi solusi ini bertujuan untuk mempermudah pemahaman solusi yang dihasilkan dari CFD. Dalam proses ini dilengkapi dengan melakukan animasi dari solusi yang didapat.
2.9
Validasi
Tujuan dilakukan validasi adalah untuk membandingkan antara hasil simulasi terhadap hasil pengukuran dan perhitungan menggunakan Computational Fluid Dynamic CFD. Untuk menguji
keakuratan hasil pengukuran dan hasil simulasi dapat dilakukan perhitungan nilai error. Besarnya error dalam validasi dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:
………….………………16 Dimana :
p = Suhu udara hasil simulasi
o
C u = Suhu udara hasil pengukuran
o
C 11
Analisis regresi juga perlu digunakan untuk memprediksi seberapa jauh perubahan nilai antara suhu pada saat simulasi dan suhu pada saat pengukuran sehingga kelayakan penggunakan
simulasi CFD dapat diketahui. Sebelum analisis regresi digunakan maka diperlukan uji linearitas dan keberartian. Regresi didasarkan pada hubungan fungsional ataupun kausal satu variabel independen
atau peubah bebas bersumbu X dengan satu variabel dependen atau peubah tak bebas bersumbu Y. Persamaan umum regresi linier sederhana adalah :
y = a + bx …………………………………………..…. 17
Dimana a menyatakan intersep atau perpotongan dengan sumbu tegak dan b adalah kemiringan atau gradiennya sedangkan y digunakan untuk membedakan antara nilai ramalan
simulasi yang dihasilkan garis regresi dan nilai pengamatan y yang sesungguhnya untuk nilai x tertentu. Korelasi yaitu hubungan antara peubah X dan peubah Y ditunjukkan dengan nilai r. Korelasi
antara kedua peubah semakin menurun secara numerik dengan semakin menjauhnya titik-titik dari suatu garis lurus Walpole, 1993
12
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di dalam rumah tanaman di Laboratorium Lapangan Leuwikopo dan Laboratorium Lingkungan Biosistem, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilakukan dari bulan Maret 2012 hingga Juni 2012.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Rumah tanaman
Rumah tanaman berfungsi untuk melindungi tanaman dari hujan lebat, angin kencang, hama dan penyakit. Rumah tanaman yang digunakan berukuran 6 m x 12 m yang dibangun
membujur ke arah utara – selatan dengan bahan atap yaitu plastik PVC transparan 0.02 mm dan dinding terbuat dari kasa kawat dengan lubang 1 mm
2
. Lantai rumah tanaman dilapisi semen dengan pondasi sedalam 50 cm.
3.2.2 Tangki larutan nutrisi
Tangki sebagai penyimpan larutan nutrisi yang telah dipekatkan untuk didistribusikan ke tanaman. Tangki larutan nutrisi diinsulasi dengan tujuan agar mengurangi adanya pengaruh sinar
matahari.
Gambar 4. Tangki larutan nutrisi
3.2.3 Bak tanaman
chamber
Chamber merupakan lingkungan tertutup tempat tumbuhnya akar dan terjadi proses penyemprotan berukuran 1.5
m x 1 m x 1 m. Material chamber dari kayu meranti dengan densitas kayu 340 kgm
3
. Bahan insulasi untuk chamber adalah styrofoam . Tujuan insulasi adalah untuk mengurangi adanya pengaruh sinar matahari sehingga iklim mikro yang sesuai dengan jenis
tanaman dapat dioptimalkan dengan penggunaan chamber. Bagian atas chamber tertutup styrofoam dengan tebal 5 cm yang telah dilubangi sebagai penopang setiap akar tanaman. Posisi
13
