Jurnal Ilmiah Teknik Mesin

## STUDI FAKTOR PERSEBARAN SUHU DAN ALIRAN FLUIDA DALAM PENGERING PAKAIAN MENGGUNAKAN METODE NUMERIK DAN CFD
Aris Haryanto 1 , Edi Sutoyo 2 , Setya Permana Sutisna 3
123 Fakultas Teknik dan Sains, Universitas Ibn Khaldun Bogor e-mail: haryantoaris12@gmail.com

## ABSTRAK
Pada desain sistem pengering supaya mendapatkan desain dengan kinerja efisiensi tinggi memerlukan lebih  banyak  biaya  dan  waktu  karena  terdapat  banyak  variabel  yang  perlu  diperhitungkan.  Untuk mengatasi  masalah  ini,  penelitian  ini  melakukan  simulasi  distribusi  suhu  di  ruang  pengering menggunakan metode CFD. Ruang pengering akan dianalisis menggunakan 3 skenario geometri yaitu kotak  (balok),  bulat  (tabung),  dan  poligon  (prisma).  Pada  dasarnya,  perbedaan  dalam  skenario  ke-1 hingga ke-3 adalah dalam posisi geometri dan kipas inlet , sedangkan komponen dan dimensi (volume) dari ruang pengering dibuat sama sehingga data yang diperoleh lebih valid. Hasil simulasi skenario 1 mendapatkan suhu rata-rata 39,08 °C, hasil simulasi skenario 2 mendapatkan suhu rata-rata 38,98 °C, hasil simulasi skenario 3 mendapatkan suhu rata-rata 34,77 °C sehingga disimpulkan bahwa simulasi suhu paling seragam berada di skenario 2 dengan ruang pengering bulat.
Kata kunci : geometri, metode cfd, ruang pengering, simulasi, suhu.

## ABSTRACT
The design of a dryer system to get a design with high-efficiency performance requires more cost and time, considering the number of design variables that can be changed. To overcome this problem in this study simulation of suhu distribution in the drying chamber using the CFD method. The drying chamber will be analyzed using 3 geometry scenarios namely box (beam), round (tube) and polygon (prism). Basically, the difference in 1-3 scenarios is in the geometry and inlet fan position, while the components and dimensions (volume) of the drying chamber are made the same so that the data obtained is more valid. The simulation results of scenario 1 get an  average temperature of  39,08 °C,  the  simulation results  of  scenario  2  get  an  average temperature of 38.98 °C, the simulation results of scenario 3 get  an  average  temperature  of  34,77  °C,  so  it  is  concluded  that  the  simulation  the  most  uniform temperature is scenario 2 with a round drying chamber.
Keywords :  cfd method, drying chamber, geometry, simulation, temperature

## 1. PENDAHULUAN
Semakin  tingginya  aktifitas  manusia modern mengharuskan  segala sesuatu  berjalan  secara  cepat dan juga  terkontrol.  Terutama  aktifitas mencuci  dan menjemur  pakaian. Dalam  kondisi  normal  biasanya pakaian akan dikeringkan di bawah sinar  matahari. Namun    cara    ini  kurang    efektif    dikarenakan memerlukan    waktu    yang    lama,  terutama    bila keadaan    cuaca  mendung.  Saat    ini    telah    banyak beredar  di masyarakat mesin pengering khusus yang dijual  di  pasaran.  Sebagian besar  mesin  pengering tersebut  menggunakan    gas    untuk    pemanas  dan
listrik untuk pengaturan. Mesin yang  beredar,  pada umumnya, memiliki  kapasitas  besar  dan harga yang tinggi    karena    mesin  tersebut    digunakan    untuk kegiatan  usaha.    Oleh  karena  itu,    mesin    tersebut kurang  efisien  untuk  peralatan rumah tangga sehari- hari.  Perancangan    sebuah  sistem  pengering    untuk mendapatkan  desain    dengan    performa    yang memiliki  efisiensi  yang  tinggi memerlukan biaya dan  waktu  yang  lebih  banyak  karena  banyaknya variabel    desain    yang    bisa    dirubah,  besarnya perubahan    itu,    serta  menganalisa    efek    dari perubahan  tersebut  (Marpuah,  2010).  Ada  banyak kendala  dalam  hal  keseragaman  suhu  ruang  yang
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
berakibat pada kurang efektifnya proses pengeringan, hal  itu  bisa  disebabkan  pada  penempatan  sumber pemanas  dan  kipas  di  dalam  ruang  pengering (Tardiana,  2017)  .  Upaya  mengatasi  hal    tersebut dalam  penelitian ini dilakukan simulasi sebaran suhu di  ruang    pengering    menggunakan  metode  CFD (Computational  Fluid  Dynamics)  (Ciptaningtyas, 2011; Widodo, 2009).
Hal  yang  perlu  diperhatikan  yaitu  panas  yang sesuai  dan  aliran  udara  yang  dihasilkan  agar kelembaban  udara  dalam  ruang  pengering  menjadi rendah  sehingga  kandungan  air  di  dalam  pakaian menguap dan menjadikan pakaian mengering. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah mengidentifikasi sebaran suhu dan laju aliran udara yang  dihembuskan  kipas  di dalam  ruang  pengering dan  mengidentifikasi  sebaran  suhu  di  dalam  ruang pengering.

## 2. METODE PENELITIAN
2.1 Tempat
Tempat melaksanakan perancangan dan penelitian  dilakukan  di  Labolatorium  Mekanika Struktur  Program  Studi  Teknik  Mesin  Fakultas Teknik  Universitas  Ibnu  Khaldun  Bogor.  Waktu penelitian pada bulan Januari sampai dengan Juli.

## 2.2 Alat dan Bahan
Bahan  yang  dikaji  adalah  model  pengering dengan  tiga  bentuk  ruang  pengering.  Alat  yang digunakan yaitu satu personal computer yang sudah terpasang Software Solidwork Flow Simulation . Model  ruang  pengering  pakaian  terdiri  dari beberapa bagian yaitu, panjang (p) = 1.100 mm, lebar (l) = 1.100 mm, tinggi (t) = 1.500 mm, luas alas = 121.000  mm 2 ,  volume  = 1.815  ×10 9 mm 3 .  Dinding dan atap menggunakan papan partikel dengan tebal 0,008 mm, dan dilapisi dengan stainless steel untuk menahan panas

## 2.3  Pembuatan  Desain  Ruang  Pengering Menggunakan Software Solidworks
Ruang  pengering  yang  akan  dianalisis menggunakan    3    skenario  geometri    yaitu    kotak (balok),  bulat (tabung)  dan  poligon  (prisma).  Pada dasarnya    perbedaan    pada    skenario    ke-1  hingga scenario  ke-3  adalah  pada  geometri  dan letak  kipas inlet.    Komponen  dan  dimensi  (volume)  ruang pengering dibuat sama agar data yang diperoleh lebih
valid.    Desain  skenario  ke-1  hingga  scenario  ke-3 dapat dilihat pada Gambar 1.

## Gambar 1. Ruang pengering pakaian
(sumber: Tardiana, et. al, 2017)
Tahapan  proses  simulasi  CFD  yaitu  pertama, pembuatan  geometri  pengering meliputi bangunan (atap,  lantai,  dan  dinding),  kipas inlet (kecepatan udara  masuk),  dan outlet (kecepaatan  udara  keluar). Kedua, penentuan mesh volume pada geometri yang telah dibuat dengan melakukan pendefinisian variabel operasi  seperti  sifat  termal  bahan,  koefisien  pindah panas, kondisi batas (dinding, inlet , outlet , kecepatan, tekanan,  radiasi,  RH,  suhu  HE  dan  variabel turbulensi),  model  simulasi,  dan  satuan  yang digunakan  pada  geometri.  Ketiga,  pendefinisian material  komponen  bangunan.  Keempat,  penentuan zona simulasi ( cut plot ) dan pola aliran fluida ( flow trajectories )  yang  divisualisasikan,  parameter  hasil ( goals ), dan titik-titik pengamatan ( point parameters ).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  penelitian  berupa  simulasi  sebaran  suhu. Simulasi dilakukan dengan bantuan flow simulation pada  software  solidikworks  untuk  memperoleh sebaran  suhu  udara  pengering  pada  skenario  ke-1 sampai dengan ke-3.
3.1  Hasil  simulasi  Skenario  1  Ruang  Pengering dengan Bentuk Balok (Kotak)
Hasil simulasi sebaran suhu dan kecepatan udara ruang pengering kotak terdapat pada Gambar 2.
SKENARIO 1  SKENARIO 2
SKENARIO 3
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Gambar  2.  Simulasi  sebaran  suhu  pada  ruang pengering berbentuk kotak
Gambar 3. Simulasi sebaran suhu rata-rata
Gambar  4.  Sebaran  suhu  tertinggi  pada  bagian  layer bawah
Gambar  5.  Sebaran  suhu  terendah  pada  bagian  layer bawah
Suhu    rata-rata    pada    distribusi    suhu    ruang pengering  pada layer  bawah  (Y  =  400  mm)  adalah 37,05˚C,  dan  seperti  yang  terlihat  pada  warna biru di Gambar 5  menunjukkan  suhu  paling  rendah  dan warna    merah    menunjukkan  suhu  paling  tinggi karena posisinya berada dekat dengan  sumber  panas (Gambar 4).
Gambar 6 menunjukkan hasil sebaran udara di dalam  ruang  pengering  skenario  ke-1  (tipe  kotak) pada  Y=  400  mm.  Dapat  dilihat  bahwa  pola  aliran udara  terkonsentrasi  di  tengah  ruang  pengering. Kecepatan udara  tertinggi berada  pada  segmen  yang dekat  dengan lubang inlet berkisar  antara  0,479  m/s sampai dengan 0,959 m/s sementara pada sisi bagian tengah ruang kisaran kecepatan udara pada rentang 0 sampai dengan 0,959 m/s.
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin

## Gambar 7 Suhu rata-rata distribusi ruang pengering
Suhu    rata-rata    pada    distribusi    suhu    ruang pengering  pada layer  bawah (Y  =  800  mm)  adalah 39,08˚C,  dan  seperti  yang  terlihat  pada  Gambar  7, warna  biru  menunjukkan  suhu  paling  rendah  dan warna    merah    menunjukkan    suhu  paling    tinggi. Gambar 8 menunjukkan hasil sebaran udara di dalam ruang pengering skenario 1 ( tipe kotak ) pada Y = 800 mm.  Dapat  dilihat  bahwa  pola  aliran  udara terkonsentrasi di tengah ruang pengering.  Kecepatan udara  tertinggi berada  pada  segmen  yang  dekat dengan  lubang    inlet    berkisar    antara    1,679  m/s sampai dengan 2,157 m/s sementara pada sisi bagian tengah ruang kisaran kecepatan udara pada rentang 0 smpai dengan 2,157 m/s.
Gambar  8. Sebaran suhu skenario 1 (Y=800)
Suhu  rata-rata  pada  distribusi  suhu  ruang pengering pada Y = 1.200 mm adalah 38,54˚C. Pada Gambar  9,  warna  biru  menunjukkan  suhu  paling rendah dan warna merah menunjukkan suhu paling tinggi. Gambar 9 menunjukkan  hasil  sebaran udara di  dalam  ruang  pengering  skenario  1  (tipe    kotak) pada  Y=1.200  mm . Dapat dilihat bahwa pola aliran udara  terkonsentrasi  di  tengah  ruang  pengering. Kecepatan    udara    tertinggi    berada    pada  segmen yang    dekat    dengan   lubang inlet berkisar    antara 1,667  m/s  sampai  dengan 2,667  m/s   sementara pada    sisi    bagian  tengah  ruang  kisaran  kecepatan udara pada rentang 0 smpai dengan 2,667 m/s.
Gambar 9.  Sebaran suhu (Y = 1200)

## 3.2 Skenario 2 Ruang Pengering dengan Bentuk
Tabung (Bulat)
Hasil  Simulasi  sebaran  suhu  dan kecepatan udara  ruang  pengering  bulat secara kualitatif terlihat pada Gambar 10.
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Gambar  10. Simulasi suhu dan kecepatan udara
Gambar 11. Simulasi sebaran suhu rata-rata
Gambar 12. Simulasi suhu tertinggi pada layer bagian bawah
Gambar 13. Sebaran suhu terendah pada bagian layer bawah
Suhu    rata-rata    pada    distribusi    suhu    ruang pengering pada Y = 400 mm adalah 38,52 ˚C.  Pada Gambar  14  warna  biru  menunjukkan  suhu  paling rendah  dan  warna  biru  muda  menunjukkan  suhu paling tinggi. Gambar 15 hasil  simulasi  kecepatan udara yang mendominasi adalah warna biru dan  hijau muda  pada  area  yang  terdapat baju.  Warna hijau pada bagian kipas inlet dan kipas outlet menunjukkan nilai kecepatan udara tertinggi.  Sebaran  suhu pada ruang  pengering  bulat  menunjukkan keseragaman terutama  pada  bagian  yang terdapat  baju. Hal ini dikarenakan kipas input terletak melingkar sehingga aliran udara yang membawa panas dari heater beredar dan  berpusat  ditengah  sehingga  membawa  udara panas ke atas secara hampir bersamaan.
Gambar  14.  Sebaran  suhu  rata-rata  distribusi  ruang pengering (Y=400 mm)
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Gambar  15.  Simulasi  hasil  kecepatan  pada  bagian kipas
Suhu  rata-rata  pada  distribusi  suhu  ruang pengering  pada  Y  =  800  mm  adalah  36,52˚C. Pada  Gambar  16  warna  biru  menunjukkan  suhu paling rendah dan warna biru muda menunjukkan suhu paling tinggi. Gambar 16 menunjukkan hasil sebaran udara di dalam ruang  pengering  skenario 2  (tipe  bulat) pada Y=800 mm. Pola aliran udara terkonsentrasi  di  tengah  ruang  pengering. Kecepatan  udara  tertinggi  berada  pada  segmen yang dekat  dengan lubang inlet berkisar  antara 0,368  m/s  sampai  dengan  1,073  m/s.  Sementara pada sisi bagian tengah ruang kisaran kecepatan udara pada rentang 0 smpai dengan 0,368 m/s.
Gambar 16. Simulasi suhu rata-rata distribusi ruang pengering (Y=800 mm)
Suhu  rata-rata  pada  distribusi  suhu  ruang pengering  pada  Y  =  1.200  mm  (Gambar  17) adalah  45,22˚C.  Pada  Gambar  17  warna  biru menunjukkan suhu paling rendah dan warna biru muda  menunjukkan  suhu  paling  tinggi.  Gambar 17  menunjukkan  hasil  sebaran  udara  di  dalam ruang pengering skenario 2 (tipe bulat) pada Y = 1.200 mm. Dapat dilihat bahwa pola aliran udara terkonsentrasi  di  tengah  ruang  pengering. Kecepatan  udara  tertinggi  berada  pada  segmen yang dekat dengan lubang outlet berkisar  antara 0,486  m/s  sampai  dengan  0,971  m/s.  Sementara pada sisi bagian tengah ruang kisaran kecepatan udara pada rentang 0 sampai dengan 0,971 m/s.
Gambar  17.  Simulasi  distribusi  suhu  rata-rata  ruang pengering

## 3.3 Skenario 3 Ruang Pengering Dengan Bentuk Poligon
Hasil  simulasi  sebaran  suhu  dan  kecepatan (Gambar  19)  suhu  udara  ruang  pengering  poligon secara kualitatif terdapat pada Gambar 18.
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Gambar 18. Simulasi sebaran suhu

## Gambar 19. Simulasi kecepatan
Simulasi  suhu  terendah  dan  tertinggi (bagian layer bawah) disajikan pada Gambar 20 dan 21.
Gambar 20. Simulasi suhu terendah pada bagian layer bawah
Suhu  rata-rata  pada  distribusi  suhu  ruang pengering pada Y = 400 mm (Gambar 22) adalah 40,54˚C. Pada Gambar 22 warna biru menunjukkan suhu paling rendah dan warna biru muda  menunjukkan  suhu  paling  tinggi.  Gambar 23  menunjukkan  hasil  sebaran  udara  di  dalam ruang pengering skenario 3 (tipe poligon) pada Y = 400 mm. Dapat dilihat bahwa pola aliran udara terkonsentrasi  di  tengah  ruang  pengering. Kecepatan  udara  tertinggi  berada  pada  segmen yang  dekat  dengan  lubang inlet berkisar  antara 1,141  m/s sampai dengan 2,890 m/s. Sementara pada sisi bagian tengah ruang kisaran kecepatan udara pada rentang 0 smpai dengan 2,890 m/s.
Gambar 21. Simulasi suhu tertinggi pada bagian layer bawah
Gambar 22. Simulasi suhu rata-rata Y=400 mm
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Gambar 23. Simulasi sebaran udara dan kecepatan
Suhu  rata-rata  pada  distribusi  suhu  ruang pengering  pada  Y =  800  mm  adalah  33,53  ˚C,  dan seperti  yang  terlihat  pada  warna  biru  menunjukkan suhu  paling  rendah  dan  warna  biru  muda menunjukkan suhu paling tinggi. Gambar 22 sebaran suhu  pada  ruang  pengering  poligon  menunjukkan adanya  ketidak  seragaman  teru  tama  pada  bagian yang  terdapat  baju.  Hal ini  dikarenakan kipas input terletak  berhadapan  sehingga  aliran  udara  yang menbawa panas dari heater hanya terjadi pada kipas inlet bagian kanan, sedangkan kipas inlet bagian kiri aliran udaranya  langsung  mengarah  ke atas  karena terdorong aliran udara dari kipas bagian kanan yang mengarah ke bagian heater .
Gambar  24.  Simulasi  distribusi  suhu  rata-rata  dan kecepatan putar
Suhu  rata-rata  pada  distribusi  suhu  ruang pengering pada Y = 1.200 mm adalah 30,26 ˚C. Pada Gambar 25, warna biru menunjukkan suhu paling rendah dan warna biru muda menunjukkan suhu paling tinggi. Gambar 25 menujukkan hasil sebaran udara di dalam ruang pengering skenario
3 (tipe poligon) pada Y =1.200 mm dapat dilihat bahwa pola aliran udara terkonsentrasi di tengah ruang  pengering.  Kecepatan  udara  tertinggi berada  pada  segmen  yang  dekat  dengan  lubang inlet  berkisar  antara  0,761  m/s  sampai  dengan 1,552  m/s.  Sementara  pada  sisi  bagian  tengah ruang    kisaran  kecepatan  udara  pada  rentang  0 sampai dengan 1,522 m/s.

## Gambar  25.  Simulasi  suhu  kecepatan  dalam  ruang pengering (Y=1200)
Gambar  26  dapat  menggambarkan  sebaran suhu  tertinggi,  yaitu  didapat  pada  layer  bawah. Sementara  layer  atas  didapatkan  suhu  paling rendah.

## Gambar 26 Suhu ruangan dan baju
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Gambar 27. Psychrometric chart
(sumber: Balmer, 2011)
Dari Psychrometric Chart di atas didapatkan besaran Relative Humidit y (RH) pada pengering kotak yaitu sebesar 62 %, dimana RH di skenario 3 ini lebih besar diantara skenario yang lainnya.

## 4. KESIMPULAN
Dari hasil simulasi scenario ke-1 per layer di dapatkan suhu maksimum sebesar 39,08°C yang terdapat  pada  layer  tengah.  Kemudian  suhu terendah  berada  pada  layer  bagian  atas  sebesar 37,54  °C.  Oleh  karena  itu,  didapatkan  rata-rata suhu setiap layer di skenario 1 ini sebesar 38.29 °C dan RH sebesar 40 %.
Dari hasil simulasi skenario ke-2 per layer didapatkan  suhu  maksimum  sebesar  39,62  °C yang  terdapat  pada  layer  atas.  Kemudian  suhu terendah  berada  pada  layer  bagian    tengah    dan atas sebesar 36,52 °C. Maka, didapatkan rata-rata suhu  setiap layer di skenario 2 ini sebesar 38,98 °C dan RH sebesar 42%
Dari hasil simulasi skenario ke-3 per layer didapatkan  suhu  maksimum  sebesar  49,05  °C yang terdapat pada layer bawah. Kemudian suhu terendah  berada  pada  layer  bagian  atas  sebesar 35,03 °C. Maka, didapatkan rata-rata suhu setiap layer di skenario 2 ini sebesar 34,77 °C dan RH sebesar 62 %.
Dari hasil ketiga simulasi skenario tersebut disimpulkan  bahwa  simulasi  sebaran  suhu  yang paling  seragam  terjadi  pada  skenario  2  dengan ruang  pengering  berbentuk  bulat.  Hal  ini dikarenakan  bentuk  ruang  yang  bulat  tidak
memiliki sudut yang dapat menghambat pendistribusian  suhunya  optimal  menyebar  ke semua ruangan.

## REFERENSI
Balmer,  R.  T.  (2011). Modern  engineering thermodynamics-textbook  with  tables booklet . Academic Press.
Ciptaningtyas, D. (2011). Simulasi Pola  Sebaran
Suhu  Media  Tanam Arang Sekam pada Sistem  Hidroponik  Substrat    dengan Menggunakan  Computational    Fluid Dynamics (Skripsi),  Institut  Pertanian Bogor, Bogor (ID). http://repository.ipb.ac.id/handle/123456 789/49892 Marpuah, D. (2010). Pembuatan Prototipe  Alat Pengering Pakaian Berbasis Mikrokontroler AT89S51. (Skripsi),
Universitas    Sebelas    Maret  Surakarta. https://eprints.uns.ac.id/id/eprint/10335 Tardiana,  A.  A.  (2017). Rancang  Bangun Kontruksi    Pengering    Pakaian  dengan Energi  Listrik  Sebagai  Sumber  Panas. (Skripsi),  Universitas  Ibnu  Khaldun Bogor, Bogor (ID).
T ardiana,  A.  A.,  Hartono,  B.,  &  Sutisna,  S.  P. (2017). Perancangan dan simulasi distribusi suhu pengering pakaian dengan menggunakan software solidworks.
Jurnal Poli-Teknologi , 16 (3). Widodo, P. (2009). Kajian Pola Sebaran Aliran Udara  Panas  Pada  Model  Pengering Efek  Rumah  Kaca  Hibrid  Tipe  Rak Berputar  Menggunakan  Computanional Fluid Dynamics. (Tesis), Institut Pertania Bogor, Bogor (ID).