Upload
abduloding89
View
16
Download
6
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Simulasi Aliran udara pada cold storage dengan menggunakan CFD
Citation preview
BAB IV
SIMULASI NUMERIK DISTRIBUSI UDARA DALAM COLD STORAGE
Simulasi numerik pada penelitian ini digunakan untuk menyimulasikan distribusi
temperatur dan kelembaban relatif cold storage (ruang pendingin / gudang beku)
yang terjadi. Temperatur dan kelembaban adalah parameter termodinamik yang
penting untuk cold storage penyimpanan ikan. Dalam uraian awal pada bab
sebelumnya telah dijelaskan bahwa temperatur ruang pendingin memegang
peranan yang paling utama untuk menjamin agar mutu ikan tetap dalam keadaan
baik. Temperatur penyimpanan ikan beku yang baik adalah antara 29 C sampai
23C[1]. Kelembaban relatif untuk menjaga keadaan fisik ikan diusahakan agar
dapat mencapai 90 % 10 % [3].
Dalam penelitian ini akan disimulasikan 2 (dua) konfigurasi sistem distribusi
udara untuk cold storage. Model cold storage dibuat dengan menggunakan
bantuan program Gambit 2.2.30 sedangkan simulasi numerik menggunakan
bantuan progam Fluent 6.1. Program ini merupakan salah satu jenis program CFD
(Computational Fluid Dinamic) yang salah satu kegunaannya adalah dapat
digunakan untuk menyimulasikan kondisi udara dalam ruangan seperti
temperatur, kelembaban relatif, kecepatan dan tekanan. Selain itu juga dapat
digunakan untuk mengevaluasi pola perpindahan panas dalam ruangan.
Urutan pembuatan model cold storage dengan menggunakan gambit 2.2.30 dapat
dilihat pada diagram alir pemodelan cold storage gambar IV.1 dan tahapan
simulasi numerik dengan Fluent 6.1 diperlihatkan dengan diagram alir simulasi
cold storage gambar IV .2.
63
Mulai
Data geometri ruangan
Pembuatan geometri model ruangan
Diskritisasi model
Pemilihan solver
Penentuan tipe zona : Tipe batas
Tipe Kontinum
Selesai
Ekspor grid model ke fluent
Gambar IV .1 Diagram alir pemodelan cold storage pada Gambit
64
Mulai
Impor grid model dari gambit
Spesifikasi model dan pemilihan persamaan dasar proses
Spesifikasi material, kondisi operasi dan kondisi batas
Penentuan parameter kontrol solusi
Selesai
Gambar IV .2 Diagram alir proses simulasi cold storage pada Fluent
Inisialisasi proses iterasi
Proses iterasi
Cek hasil itetasi
Tidak
Baik
Distribusi temperatur dan kelembaban ruangan
65
IV.1 Pemodelan cold storage
Penggambaran cold storage untuk kepentingan pemodelan didasarkan pada data
data teknik yang didapat dari perusahaan penangkapan ikan di Sulawesi Utara.
Ukuran cold storage adalah 16,3 m ( panjang ) x 12,50 m ( lebar ) x 5,05 m
(tinggi).
Dalam penelitian ini, disimulasikan 2 ( dua ) alternatif sistem distribusi udara
untuk cold storage. Pada alternatif pertama penempatan difuser dan grille pada
cold storage diletakkan di atas langit langit cold storage. Difuser yang
berjumlah 12 buah diletakkan secara simetris di tengah tengah langit langit
cold storage, sedangkan grille yang berjumlah 6 buah diletakkan di pinggiran kiri
dan kanan difuser. Pada alternatif kedua hanya difuser yang diletakkan di atas
langit langit cold storage sedangkan penempatan grille diletakkan di bagian
bawah di sisi kiri dan kanan dinding cold storage. Gambar model cold storage
untuk dua alternatif tersebut secara lengkap dapat dilihat pada gambar IV.3 dan
gambar IV.4
Gambar IV.3 Model cold storage alternatif pertama
66
Gambar IV.4 Model cold storage alternatif kedua
IV.2 Analisis Psikrometrik
Sebelum dilakukan simulasi, dilakukan dahulu analisis psikrometrik. Analisis
psikrometrik dilakukan untuk mengetahui tingkat keadaan pasokan udara ke
dalam ruangan. Analisis psikrometrik pada bagian ini dilakukan pada cold
storage.
Data data untuk analisis psikrometrik :
- Kondisi perancangan pasokan udara
Te = - 30 C dan RH = 90 %
- Kondisi perancangan udara dalam ruangan yang diinginkan
T = - 25 C dan RH = 90 %
- Kapasitas aliran udara
Vud = 8400 cfm
Selanjutnya dari data data tersebut dimasukan dalam diagram psikrometrik dan
didapat hasil seperti yang terlihat pada gambar IV.5
67
Gambar IV.5 Diagram psikrometrik tingkat keadaan udara dalam cold storage
Dalam diagram psikrometrik terlihat bahwa temperatur pasokan udara yang
berasal dari saluran udara ( duct ) adalah -30 C dan RH = 90 % , ketika
memasuki cold storage dengan kondisi temperatur di dalam ruangan dirancang
sebesar - 25 C dan RH = 90 % terjadi proses pemanasan udara suplay di dalam
cold storage hal ini karena terjadi karena adanya perbedaan temperatur. Bila cold
storage yang kosong diasumsikan tidak ada sumber uap air lain di dalam cold
storage maka ketika terjadi kenaikan temperatur di dalam cold storage maka akan
terjadi penurunan kelembaban relatif, RH dan dalam analisa ini terlihat dalam
diagram psikrometrik bahwa terjadi penurunan kelembaban relatif menjadi sekitar
55 %. (Analisa psikrometik ini dilakukan dengan menggunakan bantuan software
HCB dan CATT2)
Proses penguapan terjadi terutama disebabkan oleh adanya perbedaan konsentrasi
uap air antara benda (produk ikan) dengan udara di dalam ruangan. Makin besar
perbedaan konsentrasi uap air maka proses penguapan yang terjadi akan semakin
besar. Dalam cold storage, pada awalnya diberikan suplay udara dengan
temperatur - 30 C dan persentase kelembaban relatif sebesar 90 % , ketika
dimasukkan ke dalam ruangan maka terjadi pemanasan yang antara lain berasal
dari dinding dinding cold storage sehingga apabila tidak ada sumber uap air lain
68
di dalam cold storage maka terjadi penurunan persentase kelembaban relatif
menjadi sekitar 55 %. Ketika produk ikan dimasukkan ke dalam cold storage
maka akan terjadi proses penguapan karena adanya perbedaan konsentrasi uap air
antara cold storage dengan produk ikan sebab produk ikan biasanya mengandung
uap air yang tinggi, bahkan untuk mempertahankan kandungan airnya, produk
ikan biasanya di glazing . Glazing adalah pemberian lapisan es pada permukaan
ikan, lapisan es tersebut berupa es balok yang dihancurkan sedemikian rupa
sehingga menjadi kristal kristal es lalu disebarkan secara merata di atas produk
ikan. Selanjutnya proses penguapan ini menyebabkan kandungan air dari produk
ikan akan menguap sehingga akan menyebabkan kenaikan kelembaban relatif di
dalam cold storage sampai terjadinya keseimbangan. Kelembaban relatif yang
diinginkan dalam cold storage adalah sekitar 90 % ( 10% ) .
Selanjutnya untuk simulasi cold storage dilakukan 2 (dua) tahap pelaksanaan,
yang pertama untuk cold storage dalam keadaan kosong dan yang kedua untuk
cold storage dalam keadaan telah terisi ikan ( dengan cara injeksi uap air ).
VI.3 Data Simulasi
Data data yang dibutuhkan dalam simulasi berasal dari perhitungan ruang
pendingin kemudian dari data data tersebut diperoleh laju aliran massa udara,
tingkat keadaan udara , tekanan udara pada outlet dan data data lainnya. Data
data selengkapnya untuk masukan simulasi adalah sebagai berikut :
- Data kondisi batas
Tipe Nilai
Difuser mass flow inlet temp - 30 C, fraksi massa uap air 0,000213
laju aliran massa 0,405 kg/s
Grille sirkulasi pressure outlet temp - 25 C, fraksi massa uap air 0,000355
tekanan 0 Pa Dinding depan wall fluks panas 19,17 w/m2 Dinding belakang wall fluks panas 19,17 w/m2 Dinding kiri wall fluks panas 19,17 w/m2 Dinding kanan wall fluks panas 19,17 w/m2 Atap wall fluks panas 9,59 w/m2 Lantai wall fluks panas 4,62 w/m2
69
- Data model
Solver segregated Energi enable Viscous k - standard Species species transport non reacting (2 species) Time steady
- Data material
Udara campuran udara - uap air Massa jenis 1,225 kg/m3 volume- weighted Cp 1006,43 J/kg-k mixing - law konduktivitas termal 0,0242 w/m-k mass-weighted viscositas 1,78 x 10-5 kg/m-s mass-weighted difusivitas massa kinetic theory Uap air Massa jenis 0,5542 kg/m3 volume- weighted Cp 2014 J/kg-k mixing - law konduktivitas termal 0,261 w/m-k mass-weighted viskositas 1,34 x 10-5 kg/m-s mass-weighted difusivitas massa kinetic theory
- Data kondisi operasi
Tekanan operasi 101,325 kPa Lokasi 1080 dpl Percepatan gravitasi 9,81 m/s2
VI.4 Simulasi Model Cold Storage Alternatif Pertama
Dalam simulasi ini kondisi udara yang menjadi parameter simulasi adalah
temperatur dan kelembaban udara. Sesuai dengan kriteria perancangan yang telah
dijelaskan maka kondisi udara yang diinginkan adalah :
- Temperatur udara cold storage adalah 29 C sampai 23 C
- Kelembaban udara relatif cold storage adalah 55 % dengan toleransi 10 %
( kelembaban relatif untuk cold storage dalam keadaan kosong )
Untuk membuat simulasi ini, model cold storage tersebut harus dibuat diskritisasi
model. Model cold storage alternatif pertama yang telah didiskritisasi dalam
bentuk sel sel heksahedral dengan interval size 20 cm mendapatkan jumlah sel
70
sebanyak 129150 sel. Hasil dari model cold storage dapat dilihat pada gambar
IV.6.
Ket :
= difuser = grille
Gambar IV.6 Diskritisasi model cold storage alternatif pertama
Hasil simulasi ditampilkan secara visual dalam beberapa gambar kontur
temperatur ( kontur temperatur diperlihatkan pada ketinggian 1 m dan 3 m untuk
mendapatkan gambaran temperatur pada bagian bawah dan tengah dari cold
storage sebagai contoh visual untuk memperlihatkan keseragaman temperatur
terhadap ketinggian ) dan kontur kelembaban relatif serta grafik kontur distribusi
temperatur berdasarkan ketinggian cold storage.
VI.5 Hasil Simulasi Model Cold Storage Alternatif Pertama
Simulasi dengan menggunakan fluent ( pada penelitian ini digunakan fluent 6.1)
pada prinsipnya adalah untuk menyelesaikan persamaan diferensial neraca massa
dan energi. Pada prakteknya simulasi ataupun proses perhitungan dikatakan telah
selesai apabila hasil perhitungan telah konvergen. Suatu proses perhitungan atau
iterasi dikatakan telah selesai apabila residu seluruh besaran dalam persamaan
telah mencapai kriteria kekonvergenannya masing masing. Kriteria
71
kekonvergenan menurut fluent pada umumnya adalah 10-3 untuk kontinuitas serta
besaran lainnya seperti kecepatan, k, epsilon serta 10-6 untuk energi.
Dalam pelaksanaan simulasi, meskipun proses iterasi telah selesai namun terjadi
ketidakseimbangan pada neraca massa dan energi yang besar, maka solusinya
adalah menurunkan derajat kekonvergenan dari satu atau keseluruhan komponen
perhitungan, setelah itu iterasi dilakukan kembali hingga mendapatkan nilai
ketidakseseimbangan neraca massa dan energi yang kecil. Umumnya kriteria
ketidakseimbangan neraca massa dan energi yang lebih kecil dari 1 % dapat
diterima. Hasil neraca massa dan energi dapat dilihat pada tabel IV.1.
Tabel IV.1 Neraca massa dan energi hasil simulasi untuk
model cold storage alternatif pertama
Sisi masuk Sisi keluar Ketidak seimbangan
Massa [ kg/s ] 4,86 4,860056 0,000056
Energi [ W ] 269411,5 269450,9 39,4
Dengan membandingkan ketidakseimbangan yang terjadi pada nilai massa dan
energi pada sisi masuk dan sisi keluar, maka diperoleh ketidakseimbangan nilai
massa dan energi sebagai berikut:
Ketidakseimbangan massa : 0,0012 % Ketidakseimbangan energi : 0,0146 %
Selanjutnya hasil simulasi berupa gambar visual untuk kontur temperatur dan
kelembaban relatif dapat dilihat pada gambar gambar berikut ini :
72
Gambar IV.7 Kontur temperatur pada permukaan cold storage alternatif pertama
Gambar IV.8 Kontur temperatur pada ketinggian 1 m ( C )
73
Gambar IV.9 Kontur temperatur pada ketinggian 3 m ( C )
Gambar IV.10 Kontur kelembaban relatif pada ketinggian 1 m ( C )
74
Gambar IV.11 Kontur kelembaban relatif pada ketinggian 3 m ( C )
Gambar IV.12 Distribusi temperatur terhadap ketinggian cold storage ( C )
VI.6 Analisa Hasil Simulasi Model Cold Storage Alternatif Pertama
Hasil simulasi yang ditunjukkan pada gambar IV.7 sampai gambar IV.9
merupakan gambaran visual dari kontur temperatur cold storage. Pada gambar
IV.7 ditunjukkan gambaran visual untuk permukaan pada keseluruhan cold
75
storage dimana batas temperatur terendah dan tertinggi adalah 30 C dan 0,48
C. Temperatur terendah terjadi pada keluaran difuser yang merupakan tempat
pemasukan awal udara ke dalam ruangan dan temperatur tertinggi terjadi di
bagian bagian ujung langit langit cold storage. Selanjutnya pada gambar IV.8
dan gambar IV.9 menunjukkan gambaran visual untuk kontur temperatur pada
ketinggian 1 (satu) meter dan 3 (tiga) meter yang mewakili gambaran visual untuk
distribusi temperatur terhadap ketinggian dan selanjutnya untuk distribusi
temperatur secara lengkap diberikan pada gambar IV.12.
Dalam gambar gambar visual dan grafik, terlihat bahwa kontur temperatur
sudah memenuhi ketentuan ( dengan batas temperatur di dalam cold storage
adalah -30 C sampai -24 C ) dimana keseragaman temperatur sudah tercapai,
hal ini ditandai dengan dominasi warna biru yang menyebar secara seragam pada
gambar kontur temperatur yang ditampilkan. Temperatur rata rata dalam
ruangan sekitar 28 C ( batas temperatur yang diinginkan untuk produk ikan
beku adalah antara 29 C sampai 23 C ) sedangkan daerah yang berbatasan
dengan dinding memperlihatkan temperatur sekitar 23 C ( terlihat seperti garis
di pinggiran cold storage yang berwarna biru muda ), perbedaan temperatur ini
hal ini disebabkan karena pengaruh temperatur dari luar ruangan.
Gambaran visual untuk kelembaban relatif diberikan pada gambar IV.10 dan
gambar IV.11 yang secara berurutan adalah mewakili ketinggian 1 (satu) meter
dan 3 (tiga) meter, tampilan tersebut disesuaikan dengan tampilan gambaran
visual temperatur. Batas kelembaban terendah dan tertinggi secara berurutan
adalah sekitar 52 % dan 62 %. Kelembaban relatif tertinggi terjadi di bagian
tengah ruangan sedangkan kelembaban relatif terendah terjadi pada bagian sudut
sudut ruangan.
Kelembaban relatif yang ditampilkan sebenarnya telah memenuhi kriteria
kelembaban yang diinginkan (kelembaban relatif yang ditunjukkan
memperlihatkan kelembaban relatif rata rata adalah sekitar 60 % ), namun pada
gambaran visual kelembaban relatif tersebut memperlihatkan bahwa kelembaban
76
relatif tertinggi cenderung untuk berkumpul di tengah ruangan dan tidak
terdistribusi secara seragam (terlihat dari warna jingga yang menunjukkan
kelembaban relatif tertinggi mengumpul di tengah ruangan ).
VI.7 Simulasi Model Cold Storage Alternatif Kedua
Serupa dengan model cold storage alternatif pertama, untuk membuat simulasi
ini, model cold storage tersebut harus dibuat diskritisasi model. Model cold
storage alternatif kedua yang telah didiskritisasi dalam bentuk sel sel
heksahedral dengan interval size 20 cm mendapatkan jumlah sel sebanyak 129150
sel. Hasil dari model cold storage dapat dilihat pada gambar IV.13.
Data data yang dipakai adalah sama dengan data data yang digunakan pada
model cold storage alternatif pertama.
Ket :
= difuser = grille
Gambar IV.13 Diskritisasi model cold storage alternatif kedua
VI.8 Hasil Simulasi Model Cold Storage Alternatif Kedua
Pada model cold storage alternatif kedua akan diperlihatkan neraca massa dan
energi yang dihasilkan serta gambaran visual dan grafis yang didapatkan. Neraca
massa dan energi hasil simulasi dapat dilihat pada tabel IV.2
77
Tabel IV.2 Neraca massa dan energi hasil simulasi untuk
model cold storage alternatif kedua
Sisi masuk Sisi keluar Ketidak seimbangan
Massa [ kg/s ] 4,86 4,860053 0,000053
Energi [ W ] 269458,2 269497,3 39,1
Dengan membandingkan ketidakseimbangan yang terjadi pada nilai massa dan
energi pada sisi masuk dan sisi keluar, maka diperoleh ketidakseimbangan nilai
massa dan energi sebagai berikut:
Ketidakseimbangan massa : 0,0011 % Ketidakseimbangan energi : 0,0145 % Selanjutnya hasil simulasi berupa gambar visual untuk kontur temperatur dan
kelembaban relatif dari model cold storage alternatif kedua dapat dilihat pada
gambar gambar berikut ini :
Gambar IV.14 Kontur temperatur pada permukaan cold storage alternatif kedua
78
Gambar IV.15 Kontur temperatur pada ketinggian 1 m ( C )
Gambar IV.16 Kontur temperatur pada ketinggian 3 m ( C )
79
Gambar IV.17 Kontur kelembaban relatif pada ketinggian 1 m ( C )
Gambar IV.18 Kontur kelembaban relatif pada ketinggian 3 m ( C )
80
Gambar IV.19 Distribusi temperatur terhadap ketinggian cold storage ( C )
VI.9 Analisa Hasil Simulasi Model Cold Storage Alternatif Kedua
Hasil simulasi untuk cold storage altenatif kedua ini ditunjukkan pada gambar
4.14 sampai gambar 4.16 untuk gambaran visual kontur temperatur cold storage
serta gambar 4.19 untuk distribusi temperatur terhadap ketinggian cold storage.
Seperti pada model sebelumnya, pada gambar 4.14 mempelihatkan gambaran
visual untuk permukaan pada keseluruhan cold storage dimana batas temperatur
tertinggi dan terendah adalah 30 C dan 4,35 C, dengan temperatur terendah
terjadi pada keluaran difuser dan temperatur tertinggi terjadi di bagian bagian
sisi atas langit - langit cold storage ( diperlihatkan dengan bagian warna merah ),
kondisi temperatur tertinggi tersebut tidak mempengaruhi terlalu mempengaruhi
kondisi keseluruhan cold storage karena hanyalah merupakan bagian yang kecil
dari keseluruhan cold storage.
Pada model ini, gambar gambar visual dan grafik ( pada gambar IV.15 dan
gambar IV.16 untuk kontur temperatur pada ketinggian 1 (satu) meter dan 3 (tiga)
meter ) terlihat bahwa kontur temperatur sudah memenuhi ketentuan ( dengan
batas temperatur di dalam cold storage adalah -30 C sampai -23 C ) dimana
keseragaman temperatur sudah tercapai, hal ini ditandai dengan dominasi warna
biru pada gambar kontur temperatur yang ditampilkan, dengan temperatur rata
81
rata dalam ruangan sekitar 28 C sedangkan daerah yang berbatasan dengan
dinding memperlihatkan temperatur sekitar 23 C, terjadi sedikit perbedaan pada
garis distribusi temperatur dengan model sebelumnya yaitu grafik IV.19 mengenai
distribusi temperatur terhadap ketinggian cold storage yaitu tidak semua garis
distribusi temperatur teratur secara vertikal karena garis distribusi temperatur
grille nya adalah secara horisontal, hal ini menyebabkan garis distribusi
temperatur terlihat agak menumpuk.
Kelembaban relatif yang ditampilkan gambar 4.17 dan 4.18 memperlihatkan nilai
tertinggi dan terendah secara berturut turut adalah sekitar 50 % dan 62 %
dengan kelembaban relatif rata rata adalah sekitar 58 %.
VI.10 Analisa Perbandingan Hasil Simulasi Kedua Model Cold Storage
Dari kedua model cold storage yang disimulasikan dapat dibuat tabel
perbandingan hasil simulasi sebagai berikut :
Tabel IV.3 Perbandingan hasil simulasi terhadap temperatur
Model
Cold
storage
Batas
Temperatur
di permukaan cold storage, (C)
Batas Temperatur
di dalam
Cold storage, (C)
Temperatur
Rata rata
(C)
Distribusi
Temperatur
Alternatif 1 30 s/d 0,48 -30 s/d -24 - 28 seragam
Alternatif 2 30 s/d 4,35 -30 s/d -23 - 28 seragam
Tabel IV.4 Perbandingan hasil simulasi terhadap kelembaban relatif
Model
Cold
storage
Batas RH di
dalam cold storage
(%)
RH
Rata - rata
(%)
Distribusi
RH
Alternatif 1 52 s/d 62 60 Mengumpul di tengah
Alternatif 2 50 s/d 62 58 Relatif seragam
Perbandingan hasil simulasi kedua model cold storage terhadap temperatur yang
diperlihatkan pada tabel IV.4 terlihat bahwa kedua model tersebut menghasilkan
82
ditribusi temperatur yang seragam. Perbedaan yang cukup besar hanya terjadi
pada temperatur pada permukaan cold storage, namun hal ini tidak memberikan
pengaruh yang besar untuk temperatur di dalam cold storage lagipula temperatur
di dalam cold storage masih dalam batas yang diijinkan sehingga untuk
perbandingan hasil temperatur tidak memberikan perbedaan yang signifikan.
Perbandingan hasil simulasi kedua model cold storage terhadap kelembaban
relatif yang diperlihatkan pada tabel IV.5 terlihat bahwa perbedaan kelembaban
relatif di dalam cold storage tidak terlalu besar, begitu pula untuk kelembaban
relatif rata rata hanya berbeda sekitar 2 %. Namun perbedaan yang terbesar
terlihat dari distribusi kelembaban relatif dimana distribusi RH untuk alternatif
pertama adalah mengumpul di tengah dengan nilai RH sebesar 62 % sedangkan
untuk distribusi kelembaban relatif untuk alternatif kedua adalah relatif
terdistribusi secara seragam dengan nilai sebesar 60 %.
Dari hasil perbandingan kedua model cold storage tersebut maka dipilih model
cold storage alternatif kedua karena baik temperatur dan kelembaban relatifnya
terdistribusi secara seragam di dalam cold storage.
VI.11 Perbandingan Hasil Simulasi dengan berbagai jenis model aliran
Model cold storage yang dipilih adalah model cold storage alternatif kedua.
Seperti dengan model cold storage alternatif pertama, model cold storage
alternatif kedua juga telah disimulasikan dengan model aliran k - standard.
Dalam pelaksanaan simulasi digunakan ditentukan dulu model aliran yang
digunakan. Untuk model aliran turbulen ada beberapa jenis aliran yang digunakan,
dalam simulasi ini digunakan model aliran k - standard , dimana dalam
penjelasan fluent dikatakan bahwa jenis inilah yang paling sering digunakan untuk
simulasi aliran fluida dan perpindahan panas. Namun untuk memberikan
informasi pendukung yang lebih baik, ditampilkan juga perbandingan hasil
simulasi secara umum antara model cold storage alternatif kedua yang
menggunakan model aliran k - standard dengan model aliran lainnya.
83
Hasil perbandingan simulasi untuk berbagai model aliran ditampilkan pada tabel
IV.5.
Tabel IV.5 Perbandingan hasil simulasi berbagai jenis aliran
Model aliran
Jumlah iterasi
Batas temperatur
Batas kelembaban
relatif
Temperatur rata- rata
KelembabanRelatif
Rata - rata ( C ) (%) ( C ) (%)
k - standard 1397 -30 s/d 4,35 36,21 s/d 67,13 - 28 58 k - RNG 1371 -30 s/d 3,11 36,69 s/d 67,09 -28,5 57,5 Spalart - allmaras 356 -30 s/d 50,14 34,19 s/d 67,08 -26 50 k - standard 251 -30 s/d 5,46 35,82 s/d 67,34 -27,5 52,5 k - SST 360 -30 s/d 1,55 38,35 s/d 67,12 -28 55
Perbandingan hasil simulasi pada tabel 4.5 diperlihatkan bahwa model aliran
turbulen jenis spalart allmaras mendapatkan nilai batas yang berbeda jauh dari ke
empat model aliran yang digunakan terutama untuk batas temperaturnya, hal ini
disebabkan model aliran spalart allmaras adalah model yang hanya digunakan
untuk penentuan perhitungan secara kasar ( karena persamaan yang digunakan
hanya 1 (satu) persamaan ).
Nilai dari empat model aliran lainnya relatif sama, namun yang paling mendekati
nilai dari model yang digunakan adalah model aliran k - RNG , hal ini disebakan
model tersebut adalah pengembangan dari model k standard yang digunakan
tapi model ini lebih akurat untuk aliran yang terhalang secara tiba tiba. Dari
hasil perbandingan ini dapat disimpulkan bahwa model k standard dapat
memberikan hasil yang baik untuk proses simulasi pada penelitian ini.
IV.12 Simulasi Model Cold Storage Alternatif Kedua dengan injeksi uap air
Simulasi model cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap air dibuat untuk
memperlihatkan pengaruh penguapan dari produk ikan yang telah dimasukkan
dalam cold storage tersebut terutama terhadap kelembaban relatif cold storage.
Injeksi uap air di sini dianggap sebagai penguapan yang berasal dari produk ikan.
Dalam simulasi uap air yang dimasukkan dari bagian lantai karena produk ikan
84
diletakkan di atas lantai cold storage.
Pada awal simulasi model cold storage diasumsikan tidak ada sumber uap air lain
di dalam cold storage ( cold storage dalam keadaan kosong ) sehingga ketika
terjadi kenaikan temperatur di dalam cold storage maka akan terjadi penurunan
kelembaban relatif. Dengan adanya produk ikan yang dimasukkan ke dalam cold
storage maka akan terjadi penguapan yang berasal dari produk ikan disebabkan
karena perbedaan temperatur dan kandungan uap air dari produk ikan dengan
udara di dalam cold storage.
Pada diagram psikrometrik terdahulu terlihat bahwa kelembaban relatif yang
terjadi adalah 55 % karena dianggap tidak adanya sumber uap air lain di dalam
cold storage. Ketika dimasukkan produk ikan akan terjadi penguapan terutama
disebabkan oleh perbedaan kandungan uap air dimana produk ikan membawa
kandungan uap air yang lebih besar daripada kandungan uap air yang berada
dalam cold storage . Untuk mendapatkan kelembaban relatif yang diinginkan
(90% 10%) maka injeksi uap air yang dimasukkan merupakan selisih dari fraksi
massa uap air yang dibutuhkan pada temperatur -25 C (sebesar 0,000355 kg
uap air / kg udara ) dengan fraksi massa uap air yang telah ada ada di dalam cold
storage (sebesar 0,000213 kg uap air / kg udara ) yaitu sebesar 0,000142 kg uap
air / kg udara. Sehingga total fraksi massa uap air yang diinjeksikan adalah :
Wti = Wu + Wi
= (0,000355 + 0,000142) kg uap air / kg udara
= 0,000497 kg uap air / kg udara
dimana
Wti = Total fraksi massa injeksi uap air [kg uap air / kg udara]
Wu = Fraksi massa uap air [kg uap air / kg udara]
Wi = Fraksi massa uap injeksi uap air [kg uap air / kg udara]
85
Gambar IV.20 Model Cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap air
Gambar VI.21 Diskritisasi model cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap
air
Model cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap air yang telah
didiskritisasi dalam bentuk sel sel heksahedral dengan interval size 20 cm
mendapatkan jumlah sel sebanyak 129150 sel. Injeksi uap air dilakukan melalui
bagian lantai. Model cold storage ini dapat dilihat pada gambar IV.21.
86
Data data yang dipakai adalah sama dengan data data yang digunakan pada
model cold storage alternatif kedua ditambah dengan total fraksi massa injeksi
uap air sebesar 0,000497 kg uap air / kg udara.
Hasil simulasi diperlihatkan melalui perbandingan neraca massa dan energi yang
dihasilkan serta gambaran visual mengenai kontur temperatur dan kelembaban
relatif. Neraca massa dan energi hasil simulasi dapat dilihat pada tabel IV.6.
Tabel IV.6 Neraca massa dan energi hasil simulasi untuk model cold storage
alternatif kedua dengan injeksi uap air
Sisi masuk Sisi keluar Ketidak seimbangan
Massa [ kg/s ] 5,264985 5,263875 0,00111
Energi [ W ] 280426,4 280394 32,40208
Dengan membandingkan ketidakseimbangan yang terjadi pada nilai massa dan
energi pada sisi masuk dan sisi keluar, maka diperoleh ketidakseimbangan nilai
massa dan energi sebagai berikut:
Ketidakseimbangan massa : 0,0211 % Ketidakseimbangan energi : 0,0116 %
Umumnya kriteria ketidakseimbangan neraca massa dan energi yang lebih kecil
dari 1 (satu) % dapat diterima sehingga hasil ketidakseimbangan untuk simulasi
ini dapat diterima.
Selanjutnya hasil simulasi diberikan dalam bentuk gambar visual untuk kontur
temperatur dan kelembaban relatif dari model cold storage alternatif kedua
dengan injeksi uap air dapat dilihat pada gambar gambar berikut ini :
87
Gambar IV.22 Kontur temperatur pada permukaan cold storage
Gambar IV.23 Kontur temperatur pada ketinggian 1 m ( C )
88
Gambar IV.24 Kontur temperatur pada ketinggian 3 m ( C )
Gambar IV.25 Kontur kelembaban relatif pada ketinggian 1 m ( C )
89
Gambar IV.26 Kontur kelembaban relatif pada ketinggian 3 m ( C )
Hasil simulasi yang ditunjukkan pada gambar IV.22 sampai gambar IV.24
merupakan gambaran visual dari kontur temperatur cold storage. Pada gambar
IV.22 ditunjukkan gambaran visual untuk permukaan pada keseluruhan cold
storage dimana batas temperatur terendah adalah 30 C dan tertinggi adalah
2,45 C. Temperatur terendah terjadi pada keluaran difuser yang merupakan
tempat pemasukan awal udara ke dalam ruangan dan temperatur tertinggi terjadi
di bagian bagian ujung langit langit cold storage . Sedangkan gambar IV.23
dan gambar IV.24 menunjukkan gambaran visual untuk kontur temperatur pada
ketinggian 1 (satu) meter dan 3 (tiga) meter dari lantai yang mewakili gambaran
visual untuk distribusi temperatur terhadap ketinggian.
Serupa dengan simulasi sebelumnya kontur temperatur sudah memenuhi
ketentuan ( dengan batas temperatur di dalam cold storage adalah -30 C sampai
-24 C ) dimana keseragaman temperatur sudah tercapai. Temperatur rata rata
dalam ruangan sekitar 28 C. Dari hasil ini tidak terjadi perbedaan temperatur
antara simulasi cold storage alternatif kedua dan simulasi cold storage alternatif
kedua dengan injeksi uap air.
90
Perbedaan yang signifikan terjadi pada kelembaban relatif di dalam cold storage.
Gambaran visual untuk kelembaban relatif diberikan pada gambar 4.25 dan
gambar 4.26 yang secara berurutan adalah mewakili ketinggian 1 (satu) meter dan
3 (tiga) meter dari lantai. Pada simulasi sebelumnya untuk cold storage alternatif
kedua terlihat bahwa kelembaban relatif bervariasi sekitar 50 % sampai 62 %
sedangkan untuk cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap air, kelembaban
relatif di dalam cold storage bervariasi sekitar 77 % sampai 90 %. Kelembaban
relatif yang tertinggi terdapat pada masukan injeksi uap air yaitu sekitar 98 %
(nilai ini hanya terdapat pada masukan injeksi uap air sehingga tidak dimasukan
sebagai batas variasi kelembaban relatif) sedangkan kelembaban relatif yang
paling rendah terletak di tengah cold storage yaitu sekitar 77 %. Perbedaan
kelembaban relatif ini terjadi karena adanya penambahan uap air yang berasal dari
produk ikan. Kelembaban relatif rata rata untuk ketinggian 1 (satu) meter adalah
sekitar 83 % sedangkan kelembaban relatif untuk ketinggian 3 (tiga) meter adalah
sekitar 80 %. Kelembaban relatif ini telah memenuhi kriteria untuk kelembaban
cold storage yang diinginkan yaitu 90 % 10%.
VI.13 Validasi
Bentuk dan ukuran cold storage yang digunakan berdasarkan data cold storage
yang diambil di lapangan yaitu data cold storage di Sulawesi Utara. Pengukuran
temperatur dilakukan dengan menempatkan termometer di atas pintu cold storage
yang dianggap merupakan jarak terjauh dari mesin pendinginnya ( dianggap
merupakan tempat yang paling tidak dingin ). Dari pengukuran termometer
tersebut diperoleh data temperatur yang sesuai keinginan yaitu sekitar 25 C.
|ijHpV,wQz%,$C