## SIMULASI PENGARUH LAJU ALIRAN MASUK TERHADAP DISTRIBUSI TEKANAN DAN SUHU PADA RUANG PENGERING MENGGUNAKAN CFD
, 1 Ridwan, Ridwan; 2 Hilwah Nur Islamiyanti
1,2 Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma, Jl. Margonda Raya No. 100, Depok 16424, Jawa Barat ridwan@staff.gunadarma.ac.id

## Abstrak
Banyak metode yang digunakan untuk mempermudah proses pengeringan, salah satunya dengan menggunakan  metode  dehumidifikasi.  Pada  metode  dehumidifikasi,  terjadi  perpindahan kandungan  air  di  ruang  pengering  pada  bahan  padat,  sehingga  udara  pada  ruang  pengering memiliki  kelembaban  relative  yang  rendah  dan  dapat  mempermudah  terjadinya  proses pengeringan. Tujuan penelitian adalah untuk melakukan kajian terhadap pengaruh parameter laju aliran, temperature dan tekanan di ruang pengering, khususnya pada tempat specimen (TS1, TS2 dan TS3). Penelitian ini menggunakan  model Computational Fluid Dynamics (CFD)  ANSYS 19.0; dengan Tipe Komponen pengarah yang digunakan adalah round-60 o staggered , dan variasi kecepatan  aliran  masuk  0.5  m/s,  1.5  m/s,  2.5  m/s,  3.5  m/s,  4.5  m/s,  dan  5.5m/s.  Hasil  terbaik ditunjukan  oleh  varian  kecepatan  3.5  m/s,  dengan  pengambilan  sampel  nilai  kecepatan  di titik (x:0.405 m dan z:0.360m) untuk TS1, TS2 dan TS3 sebesar 3.064m/s, 1.342m/s dan 2.995m/s; Nilai  Tekanan  pada  TS1,  TS2  dan  TS3  sebesar  1.611  Pa,  0.163Pa,  dan  0.241Pa;  Nilai Temperature TS1, TS2 dan TS3 sebesar 35.6 o C , 34.9 o C dan 35.3 o C. Distribusi suhu dan tekanan lebih stabil dan merata pada kecepatan input 3,5 m/s.
Kata Kunci : : Pengeringan, Kecepatan, Tekanan, Suhu, ANSYS

## Abstract
Many  methods  are  used  to  facilitate  the  drying  process,  one  of  which  is  the  dehumidification method. In the dehumidification method, there is a transfer of water content in the drying room to raw materials, so that the air in the drying room has low relative humidity and can facilitate the drying process. The purpose of the study was to analyze the influence of flow rate, temperature and pressure parameters in the drying chamber, especially on the specimen site (TS1, TS2 and TS3). This study used Computational Fluid Dynamics (CFD) ANSYS 19.0 software; with type the steering component used is 60 o staggered, and the velocity inlet variations were 0.5 m/s, 1.5 m/s, 2.5 m/s, 3.5 m/s, 4.5, and 5.5 m/s. The best results were shown by the speed variant of 3.5 m/s, with sampling of speed values at points (x:0.405 m and z:0.360m) for Pressure values at TS1, TS2 and  TS3  are  1.611Pa,  0.163Pa,  and  0.241Pa;  Temperature  values  of  TS1,  TS2  and  TS3  are 35.6 o C, 34.9 o C and 35.3 o C. The temperature and pressure distribution is more stable at an input velocity of 3.5 m/s
Keywords : Dryer, Velocity, Pressure, Temperature, ANSYS

## PENDAHULUAN
Proses  pengeringan  merupakan  salah satu  cara  yang  telah  lama  dilakukan  untuk mengawetkan  hasil  panen.  Proses  serta teknologi  pengeringan  sangat  menentukan
kualitas  produk  agar  lebih tahan lama  (awet), menurungkan  massa  produk,  memudahkan proses  penyimpanan,  serta  mempertahankan kualitasnya  produk,  dan  hingga  saat  ini  telah banyak  dikembangkan  metode  pengeringan [1][2].
Salah  satu  metode  pengeringan  yang banyak digunakan adalah metode pengeringan dehumidifikasi.  Pada  metode  dehumidifikasi terjadi proses perpindahan kandungan air pada suatu bahan padat dengan sumber energi panas, udara  pengering  mempunyai  kelembaban relatif yang rendah sehingga proses pengeringan dapat terjadi lebih mudah [3].
Pada  Gambar  1,  terlihat  skema  alat pengering yang dilengkapi alat pengarah aliran fluida sebelum masuk kedalam ruang pengering.  Simulasi  variasi  kecepatan  aliran fluida  saat  melewati  pengarah  aliran  sangat mempengaruhi  proses  penurunan  kelembaban (dehumudifikasi) produk. Metode dehumidifikasi  telah  diterapkan  pada  bahan makanan  kering,  obat-obatan,  dan  sebagainya [4][5].Beberapa  peneliti  telah  melakukan
penelitian  terkait  dengan  proses  pengeringan, penelitian  tersebut  seperti mengatur  distribusi udara  dan  suhu  yang  terjadi  pada  ruang pengering  dengan  menggunakan  simulasi Computional Fluid Dynamic (CFD)[6]. Dalam prosesnya, simulasi dilakukan dengan beberapa  penyesuaian  geometrik  sehingga diperoleh hasil geometri ruang pengering yang mampu mendistribusikan panas secara menyeluruh. Kemudian penelitian lain  dengan bantuan perangkat lunak CFD yakni menganalisis  karakteristik  laju  aliran  pada ruang  pengering  dengan  memberikan  variasi nilai suhu, kecepatan dan tekanan menggunakan  Simulasi  Computation  Fluid Dynamic  (CFD).  Dari  proses  ini  varian  suhu terbaik  adalah  45 o C  karena  menghasilkan kontur yang rata pada ruang pengering.[7,8]
Gambar.1 Skema Alat pengering [3]
Pada pengujian eksperimental yang telah dilakukan  sebelumnya  tentang  penyusutan temulawak  diruang  pengering  dengan  metode dehumidifikasi. Pada proses aliran fluida yang dimasukkan dalam ruang pengeringan produk, kecepatan aliran cukup tinggi mencapai aliran turbulent.  Kecepatan  aliran  fluida  turbulent saat  memasuki  raung  pengering  mengurangi kualitas produk [3,9]. Penambahan komponen pengarah fluida saat masuk keruang pengering, aliran  udara  sudah  berubah  menjadi  laminar. Hasil  penelitan  [10]  menunjukan  bahwa pengeringan dengan laju aliran  rendah, produk tidak  mengalami  persentase  penyusutan  yang besar. Pada umumnya pada penelitian yang ada belum  melakukan  simulasi  secara  simultan untuk melihat distribusi tekanan dan temperatur  pada  kecepatan  yang  cukup  tinggi khususnya pada kecepatan diatas 3 m/s.
Berkaitan  dengan  hal  tersebut  diatas, maka  pada  penelitian  ini  dilakukan  simulasi kecepatan aliran udara masuk ruang pengering menggunakan komponen pengarah tipe round – 60 o staggered , dan variasi kecepatan aliran ; 0,5m/s,  1,5m/s,  2,5m/s,  3,5m/s,  4,5m/s,  dan 5,5m/s.

## METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  dilakukan adalah  metode  simulasi,  dengan  perangkat lunak  Solidwork  dan Computer  Fluid  Dynamic (CFD)  ANSYS  Fluent  versi.  Proses  simulasi dimulai  dengan  melakukan  pembuatan  design menggunakan solidworks.
Setelah  proses  pembuatan  design, kemudian  diimport  pada spaceclaim yang telah terintegrasi dengan software ANSYS.
Dilakukan  pendefiniasian  geometri  dan penyederhanaan design untuk mempermudah proses  simulasi.  Selanjutnya  dilakukan proses meshing, dengan melakukan penyesuain  ukuran  mesh  dan  penentuan bidang  batas /  name  slection .  Tahap terpenting adalah proses set-up , dimana pada proses set-up komputasi  harus  diperhatikan nilai  yang  akan  diinput,  agar  hasil  simulasi tidak eror. Selanjutnya adalah proses running untuk  melihat  hasil  simulasi,  apabila konvergen maka menuju ke tahap selanjutnya yaitu post processing.
Keterangan Gambar 2:
Proses simulasi dimulai dengan membuat  gambar  dua  dimensi  (2D)  dan  tiga dimensi (3D) menggunakan sofware Solidworks (SW).  Gambar  yang  telah  dibuat  selanjutnya dimport  atau  dimasukkan  kedalam  software CFD Ansys spaceclaim, hal ini bertujuan agar desain  yang  telah  dibuat  pada  sofware  SW geometri  desainnya  lebih  sederhana  serta kompatibel  dengan  sofware  ansys.  Tahap selanjutnya  dilakukan  meshing  atau  griding yaitu  proses  membagi  komponen  yang  akan dianalisis  menjadi  elemen-elemen  kecil  atau diskrit. Selanjutnya dilakukan name selection untuk  mendefinisikan  kondisi  batas  sistem, sebelum masuk ke tahap set upa komputasi dan
proses running untuk mengeksekusi parameter parametern  dan  kondisi  batas  yang  sudah diberikan  pada  sistem  atau  raung  pengering yang disimulasikan.
Proses running dilakukan  sampai  terjadi konvergensi  hasil.  Apabila  dalam  proses running  tidak  terjadi  hal  konvergensi  maka dilakukan penyesuaian atau setting ulang data fisik  sampai  terjadi  konvergensi.  Tahap  ter- akhir stelah konvergensi adalah menampilkan hasil simulasi.
Secara  garis  besar  pada  proses  simulasi terdapat  tiga  tahapan  utama,  yaitu Pre  - processing , processing , dan post processing 1. Pre-Processing
Pada  tahap  ini  dilakukan  pembuatan geometri, meshing , penentuan name selection:
a. Membuat Geometri Membuatan  model  alat  pengering dilakukan dengan menggunakan software solidworks yang  kemudian rancangan ruang pengering akan disesuaikan  pada  aplikasi spaceclaim yang telah terintegrasi dengan software ANSYS.  Beberapa  design  komponen pada ruang pengering dilakukan proses penyederhanaan  agar  mempermudah dalam proses simulasi.
Gambar 3. Pembuatan Geometri
b. Meshing
Pada  tahap  ini  dilakuan  proses membagi  membagi  volume  menjadi bagian-bagian kecil, untuk dapat dianalisa pada software ANSYS.
2. Processing
Tahap ini dilakukan: General, models , materials , cell  zone  conditions , boundary conditions , solution  methods ,  dan run calculation.
a. Boundary Conditions
Pemberian batas pada sistem fluida digunakan  dari  input-input  untuk membatasi  parameter  aliran  yang  ada. Pada  penelitian  ini  terdapat  beberapa setting  boundary yang  dilakukan, seperti: Boundary  Condition pada
Inlet-Outlet , Boundary Condition pada Fan /  Kipas  dan Boundary  Condition pada Pengarah Aliran. [11, 12].
Penerapan  batas  komponen fan berdasarkan Ansys  Manual  Guide untuk Fan Boundary Condition . Grafik
pressure-air  flow dikonversi  menjadi grafik pressure-velocity untuk  men- dapatkan  nilai  persamaan  garis  yang kemudian  akan  diinput  ke  dalam program ANSYS.[12] Penerapan batas pada  komponen  pengarah  aliran,  di- lakukan  perhitungan  dengan  persamaan (3) dan (4).
b. Solution Mehods dan Solution
Initialization
Pada  proses Solution  Mehods di- gunakan skema SIMPLEC dengan nilai
skewness  correction adalah  1;  skema SIMPLEC digunakan pada aliran yang sederhana  dan  focus  pada coupling tekanan-kecepatan  yang  menghasilkan solusi  yang  cepat  dan  konvergen;  dan untuk  tahap Solution Initialization diterapkan Hybrid initialization .[11]

## c. Run Calculation
Tahap  ini  akan  dilakukan  proses iterasi  untuk  mencapai  konvergensi. Diberikan  nilai  iterasi  150  agar mencapai tahap kovergensi.
3. Post-Processing
Tahap  ini  menjadi  tahap  akhir  dari proses pengerjaan, dimana akan ditampilkan  hasil  pengolahan  data  dalam bentuk hasil kualitatif dan hasil kuantitatif. Hasil kualitatif meliputi distribusi tekanan, kecepatan  dan  temperature;  sedangkan untuk hasil kualitatif menampilkan visualisasi  dari  aliran  dengan  tampilan contour , vector , streamline. [9]

## Skenario Penelitian
Data  pada  penelitian  sebelumnya  [3] udara yang masuk ke ruang pengering dengan kecepatan 1,5 m/s akan diteruskan oleh kipas yang selanjutnya akan menghubungi komponen  pengarah  tipe  dengan Round  – 60 o Staggered yang berdiameter 9,25 mm dan jaraknya  antara  pusat  diameternya  adalah 10,25 mm dan kemudian akan didistribusikan di ruangan tempat spesimen (produk) ditempatkan.  Skematik  ruang  pengering  dan pengarah aliran dapat dilihat pada Gambar 4.
Tabel 1. Skenario Penelitian
Dilakukan skenario penelitian dengan beberapa data sebagai pembanding dalam proses simulasi:
Kondisi Bentuk F (%) C 2 V (m/s) T ( o C) Kondisi 1 60 o Staggered Diameter: 9.25mm 73.86 11.598 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 35.5
Seperti  terlihat  pada  Tabel  1,  pada komponen  pengarah  yang  diberikan  variasi input kecepatan dengan nilai 0.5m/s, 1.5m/s, 2.5m/s,  3.5m/s,  4.5m/s  dan  5.5m/s  . Kemudian dilakukan perhitungan nilai persentase  area  yang  terbuka  terhadap  total area  komponen  pengarah  dan  didapatkan hasil 73.86 %. Dari hasil tersebut didapatkan pula  nilai porous  Pressure  jump  coefficient sebesar 11.598.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  simulasi  dinyatakan  pada  tiga lokasi/titik;  dengan  Kondisi  Konfigurasi Pengarah  Aliran  tipe Round  –  60  Degree Staggered ,  dengan  diameter  9.25  mm  dan jarak  antar  pusat  lingkaran  10.25mm,  berikut hasil  simulasi  untuk  contour  tekanan  pada
kecepatan  masuk  (inlet):  (a)  0.5m/s;  (b)  1.5 m/s;  (c)  2.5m/s;  (d)  3.5m/s  (d)  4.5m/s (e)5.5m/s:
Gambar  5  merupakan    hasil  simulasi contour tekanan    untuk  semua  variasi kecepatan  aliran  masuk,  terlihat  bahwa tekanan  aliran  udara  pada  ruang  pengering terdistribusi dengan baik pada varian kecepatan  aliran fluida masuk  3,5m/s, 4,5m/s dan  5,5m/s,  dimana  udara  juga  terdistribusi pada  celah  antara  TS  1  dan  TS  2  serta  pada celah  antara  TS  2  dan  TS  3.  Namun  pada kecepatan  3,5m/s  mempunyai  distribusi tekanan yang lebih stabil dibandingkan dengan saat  kecepatan 4,5m/s dan 5,5m/s.
Perbandingan  Tekanan  Antar  Tempat Spesimen ditunjukkan bahwa di titik (x: 0,405 dan z: 0,360) pada TS 1 didapat nilai tekanan yang lebih besar daripada TS 2 dan TS 3. Pada
Gambar 4 (a) Ruang Proses Pengeringan (b) Konfigurasi Pengarah Aliran
(a) (b)
variasi  kecepatan  1,5m/s,  aliran  udara mengalami  penurunan  tekanan  di  TS2  dari 0,381Pa  menjadi  0,051Pa,  gesekan  antara spesimen  dengan  udara  yang  bergerak  juga menjadi  faktor  penurunan  tekanan.    Nilai tekanan pada ruang pengering akan mempengaruhi  proses  pengeringan,  dimana semakin  kecil  tekanan  udara  di  ruang pengering maka semikin rendah pula kelembaban udara di dalam ruangan sehingga hal  tersebut  dapat  mempercepat  proses pengeringan.
Dari  hasil  simulasi  profil  tekanan terlihat  terjadi  penurunan  yang  cukup signifikan yang terjadi pada ruang pengering. Penurunan tekanan terjadi ketika aliran udara yang  diteruskan  dari  komponen fan melewati komponen pengarah aliran. Berdasarkan pada gambar  6  dapat  disimpulkan  bahwa  varian
3,5m/s,  4,5m/s  dan  5,5m/s  mempunyai penurunan  tekanan    yang  lebih  besar dibandingkan  dengan  varian  kecepatan  yang lain. Nilai kecepatan yang semakin besar akan berpengaruh pada penurunan tekanan dan nilai tekanan pada ruang pengering. Semakin besar nilai kecepatan, maka nilai tekanan pada ruang pengering akan semakin kecil.
Pada Gambar. 6. Terlihat perbandingan  nilai  temperature  dan  Tempat
Spesimen (TS) bahwa pada variasi kecepatan 1,5  m/s  terjadi  penurunan  suhu  di  TS  2 dengan nilai 35,6 o C menjadi 34,7 o C kemudian  ketika  di  TS  3  suhu  meningkat menjadi  35.1 o C.  Penurunan  nilai  rata-rata suhu  terjadi  pada  TS  2,  disebabkan  karena jarak yang berdekatan dan adanya gap antara TS  1  dan  TS  2  sehingga  menyebabkan distribusi suhu tidak merata.
Gambar 5 . Pressure Contour s pada kecepatan (a) 0.5m/s (b) 1.5m/s  (c) 2.5m/s (d) 3.5 m/s (e )
4.5m/s (f) 5.5m/s)
(e) (f)
Kontur temperatur tidak terlihat kenaikan  atau  penurunan  nilai  temperatur yang signifikan pada setiap varian kecepatan inlet.  Nilai  suhu  berubah  secara  alami  mulai dari  nilai  awal  yang  diberikan.  Dimana  nilai awal  suhu  sebesar  35,5 o C,  dan  pada  varian kecepatan 3.5m/s nilai suhu pada TS 1 sebesar 35,6 o C, pada TS 2 sebesar 34,9 o C dan pada TS 3 sebesar 35,3 o C. Profil suhu terlihat  semakin merata  dan  terdistribusi  dengan  baik  pada kecepatan  inlet  yang  lebih  tinggi.  Pada kecepatan  inlet  paling  rendah  yaitu  0,5  m/s terlihat  profil  distribusi  temperatur  juga terjadi  pada  sekitar  produk  juga  relatif  lebih
rendah.  Hal  ini  terjadi  karena  dengan kecepatan yang lebih rendah saat fluida terjadi kontak dengan produk yang dikeringkan akan terjadi  kontak  dan  terhalang,  belum  cukup tekanan untuk melakukan distribusi temperatur  dengan  baik  sekitar  produk.  Hal ini  sesuai  dengan  [14].  Percampuran  bahwa variasi kecepatan tidak berpengaruh signifikan  terhadap  perubahan  suhu.  Pada variasi kecepatan 0,5m/s, distribusi temperatur  tidak  dapat  mencapai  celah  antar lokasi spesimen di TS 3. Semakin besar nilai kecepatan  yang  diberikan  maka  distribusi temperatur semakin baik
(a)
(b) (c) (d) (e) (f)
Gambar 6. Temperature Contour Pada Kecepatan  (a) 0.5m/s (b) 1.5m/s  (c) 2.5m/s (d) 3.5
m/s (e ) 4.5m/s (f) 5.5m/s

## KESIMPULAN DAN SARAN
Dari hasil simulasi yang telah dilakukan, dapat  diambil  kesimpulan  bahwa  distribusi tekanan dipengaruhi oleh kecepatan inlet fluida masuk. Penurunan tekanan terjadi ketika udara tekan  yang  dialirkan  dari fan menuju  tempat spesimen (TS) melewati komponen pengarah. Semakin besar kecepatan yang diberikan maka tekanan akan semakin kecil. Variasi kecepatan inlet 3,5 m/s merupakan variasi kecepatan inlet optimal  untuk  mendistribusikan  tekanan  dan temperatur/suhu pada ruang pengering. Penambahan  kecepatan  aliran  inlet  tidak berbanding  linier  dengan  kenaikan  distribusi tekanan dan temperatur pada ruang pengering. Pada  penelitian  selanjutnya  dapat  dilakukan variasi  bentuk,  model  dan  dimensi  saluran masuk ruang pengering.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] N. Asiah dan M. Djaeni, Konsep Dasar
Pengeringan Pangan , Kepanjen, Malang: AE Publishing, 2021.
[2] Calín-Sánchez  Á,  Lipan  L,  Cano- Lamadrid M, Kharaghani A, Masztalerz K,  Carbonell-Barrachina  ÁA,  Figiel  A, “Comparison  of  Traditional  and  Novel Drying  Techniques  and  Its  Effect  on Quality  of  Fruits,  Vegetables  and Aromatic  Herbs,” Foods ,  vol.  9,  no.  9,
2020: 1261. doi:
10.3390/foods9091261. PMID:
32916839; PMCID: PMC7554907.
[3] Putra,  Akbar  Surtaya,  dan  Heru Kuncoro, “Pengaruh kondisi pengeringan dengan  kelembaban  dan  suhu  rendah terhadap penyusutan temulawak,” Jurnal Teknologi  Pertanian  Andalas ,  vol.  25,
no. 1, hal. 81-89, 2021.
[4] Djaeni, Mohamad, et al, “Evaluation of food  drying  with  air  dehumidification system: a short review,” IOP Conference Series: Earth and Environmental Science , vol. 102. no. 1. IOP Publishing, 2018.
[5] J.C.  Atuonwu,  X.  Jin  dkk.  Reducing Energy  Consumption  In  Food  Drying: Opportunities  In  Desiccant  Adsorption And  Other  Dehumidificatio  strategies. Procedia Food Science, 2011, hal. 1799- 1805.
[6] D.D.  Saputra,  D.H.  Al-Janan,  Rosidah, “Kinerja  Low  Temperature  Drying Dengan  Simulasi  Computational  Fluid Dynamics  (CFD),” Prosiding  Seminar
Unimus , vol. 3,  2020.
[7] I.  Rosyadi,  A.  Sudrajad,  D.  Satria,  Y.
Yusuf,  K.  T.  Wijaya,  “Analisa  Laju Aliran  Fluida  Pada  Mesin  Pengering Konveyor Pneumatik Dengan Menggunakan Simulasi CFD,” FLYWHEEL:  Jurnal  Teknik  Mesin Untirta , vol. 3, no. 2, hal. 48-51, 2017.
[8] Jake Miller dan Nick Vastine, "Calculating  Pressure  Drop  Across Sharp-Edged Perforated Plates." Retrieved June 15 (2020). [Daring],
Tersedia: https://www.aft.com/support/product- tips/perforated-plates-pressure-drop . [Diakses: 10 Januari 2023]
[9] M.  Syaiful  dan  Hargono,  “Profil  Suhu
Pada proses Pengeringan Produk Pertanian dengan Simulasi Computational Fluid  Dinamics  (CFD),” Reaktor , vol.12, no. 3, hal. 195-202, 2009.
[10] Computational Fluid Dynamics. Ahmad
Indra  Research  Group.  25  Februari 2019, [Daring], Tersedia: https://air.eng.ui.ac.id/index.php?title= Computational_Fluid_Dynamics. [Diakses: 10 Januari 2023]
[11] Malekjani,  Narjes,  dan  Seid  Mahdi Jafari,  “Simulation  of  food  drying processes  by  Computational  Fluid Dynamics  (CFD);  recent  advances  and
approaches,” Trends  in  food  science  & technology , vol. 78, hal. 206-223, 2018.
[12] Zhan, Qiwei, et al. "A new upwind flux for a jump boundary condition applied to 3D viscous fracture modeling." Computer methods  in  applied  mechanics  and engineering , vol. 331, hal. 456-473, 2018.
[13] R.L. Kereh, Abrar Riza, Harto Tanujaya, “Analisis Karakteristik
Pengering  Sampah  Organik  Tipe  Tray Dryer  Dengan  Pendekatan  CFD,” Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia, vol. 6, no.7, 2022.
[14] Alkindi,  Hablinur,  Y.  Aris  Purwanto, and  Dyah  Wulandani,  “Analisis  CFD Aliran Udara Panas pada Pengering Tipe Rak  dengan  Sumber  Energi  Gas Buang,” Jurnal  Keteknikan  Pertanian , vol. 3, no. 1, 2015