3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bagan Alir Tahapan Penelitian Secara garis besar tahap pelaksanaan penelitian ini dapat digambarkan dalam bentuk bagan alir tahapan penelitian pada Gambar 6.
MULAI
Persiapan Penelitian : - Kajian literatur - Persiapan teknis
DATA
Pelaksanaan Penelitian (experiment) : - Uji laju pengaliran panas - Iterasi matrik ukuran ruang dan komparasi model pendekatan. - Proses analisis
Efisiensi densitas Efisiensi bentuk Pendekatan awal perencanaan
Kesimpulan
SELESAI
Gambar 6. Bagan Alir Tahapan Penelitian
22
3.2. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan mulai awal bulan September 2008 hingga Desember 2009. Lokasi penelitian untuk kegiatan observasi proses fabrikasi dan pengambilan data kapal berlokasi di Galangan UD. Karyamina Putra Batang, Propinsi Jawa Tengah. Eksperimen tentang efisiensi insulasi berbahan polyurethane dilaksanakan di Laboratorium Kapal Perikanan PSP FPIK UNDIP Semarang. Proses komputasi data dilaksanakan di Laboratorium Komputer Kapal PS. S-1 T. Perkapalan FT. UNDIP Semarang. 3.3 Jenis dan Sumber Data Penelitian ini membutuhkan dua jenis data dari beberapa sumber. Jenis data pertama adalah data primer, yaitu data yang diambil secara langsung di lapangan atau diambil melalui proses eksperimen di laboratorim. Jenis data kedua adalah data sekunder, yaitu data yang diperoleh melalui literatur, internet atau media yang lain. Kebutuhan tentang kedua jenis data dan sumbernya, disajikan pada Tabel 5. Tabel 5 Kebutuhan Data, Jenis Data, dan Sumber Data Kebutuhan Data Jenis kapal ikan dan Ukuran Kapal (L, B, D, dan d). Ukuran Palka (L, B, D, d) dan jumlah palka. Densitas insulasi polyurethane (ρ) hasil fabrikasi di kapal. Densitas insulasi polyurethane (ρ) hasil fabriksi laboratorium
Jenis Data Primer
Thermal Properties Data Kapal Pembanding
Sekunder Sekunder
Primer Primer Primer
Sumber Data Galangan Kapal UD. Karyamina Putra. Galangan Kapal UD. Karyamina Putra. Galangan Kapal UD. Karyamina Putra Laboratorium Kapal Perikanan PSP FPIK UNDIP, dan Laboratorium Komputer PS. S-1 T. Perkapalan FT. UNDIP. Literatur, internet, dan media lain Literatur
3.4 Teknik Pengambilan Sampel 3.4.1 Oservasi atau pengamatan langsung di lapangan. Observasi dalam penelitian ini ditujukan untuk mendapatkan informasi data tentang prosedur pembuatan insulasi berbahan polyurethane dan jumlah material larutan material insulasi tersebut yang dituang ke dalam ruang-ruang dinding palka kapal, di mana satuan dari perbandingan ukuran tersebut dikenal
23
sebagai densitas atau kerapatan material insulasi. Observasi dilakukan terhadap dua buah kapal yang sedang difabrikasi digalangan UD. Karyamina Putra, di mana masing-masing memiliki 10 kompartemen palka yang terbagi dua secara simetris arah diametral kapal. Rangkaian kegiatan observasi tersebut disampaikan pada Lampiran 7. 3.4.2 Pengambilan sampel secara acak dalam suatu interval. Pengukuran nilai laju panas q akibat perubahan densitas material dilakukan di laboratorium dan digunakan sebagai landasan untuk validasi hasil analisis CFD. Perbedaan nilai densitas insulasi yang diukur memiliki selisih 5 kg / m3, yaitu ρ = 30, 35, 40, 45 dan 50 kg/m3. Pengujian dilakukan pada sebuah kotak dengan ukuran luar 33,5 cm x 33 cm x 33 cm, tebal dinding x = 3 cm, volume 20 lt, dan luas permukaan A = 0,66 m2. Jumlah es yang dimasukan ke dalam kotak sebesar 3 kg. Pengukuran dilakukan per 8 jam, 16 jam per 24 jam. Pengujian densitas insulasi dari ke 5 nilai tersebut diulang 4 kali dengan rancangan percobaan RAL Faktorial. Situasi pengujian laboratorium tersebut disampaikan pada Gambar 7. Beberapa rangkaian kegiatan pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Lampiran 8 dan 9.
Gambar 7 Pengujian di laboratorium tentang kecepatan pencairan es di dalam kotak dengan dinding insulasi polyurethane yang memiliki kerapatan material berbeda.
24
3.4.3 Trial and error dalam iterasi numerik Trial and error dilakukan untuk menentukan metode iterasi numerik yang tepat. Perubahan geometris ruang kubus ke dalam bentuk ruang persegiempat dengan volume tetap dapat dilakukan dengan mengubah ukuran dari salah satu atau dua sisi ruang kubus yang dianalisis, sehingga mendapatkan suatu pola yang tepat atau sistematis dalam mendapatkan hasil berupa ukuran matrik ruang persegiempat dengan efisiensi perubahan bentuknya. 3.5 Metode Analisis 3.5.1 Komparasi hasil observasi dengan nilai standar Nilai densitas insulasi dapat diketahui dengan cara mengukur dinding kompartemen palka yang akan diisi dengan larutan polyurethane, dan menimbang jumlah larutan polyuretahane yang dibutuhkan. Menurut Halpern (1995), secara matematis analisis rapat massa dapat ditentukan melalui rumus ρ =M/V, dengan ρ = densitas material (kg/m3), massa benda (kg), volume ruang (m3). Hasil pengukuran akan dibandingkan dengan nilai standart densitas insulasi yang baik, yaitu ρ > 30 kg/m3 ( Dellino 1997). Observasi dilakukan terhadap dua buah kapal ikan dengan 20 ruang atau kompartemen palka. 3.5.2 Uji signifikansi untuk RAL Faktorial Uji signifikansi dilakukan terhadap data perubahan kecepatan panas terindikasi dari jumlah es yang mencair dalam kurun waktu pengukuran. Uji signifikasi terhadap rancangan percobaan RAL Faktorial dalam penelitian ini menggunakan tingkat signifikansi α = 0,05. Perhitungan komputasi guna kelancaran analisis tersebut dibantu dengan program SPSS 15. Hipotesis dari uji signifikansi dalam penelitian ini didasarkan atas pengaruh perubahan densitas material insulasi polyurethane terhadap perubahan laju panas yang dihasilkan. Ho dengan α = 0,05 diterima, jika penambahan densitas material polyurethane untuk keperluan dinding insulasi, tidak berpengaruh secara signifikan atau F hitung lebih kecil Fα. 3.5.3 Analisis perpindahan panas Perbedaan kemampuan insulasi karena perbedaan densitas material dapat diketahui dari jumlah es yang mencair dalam satuan waktu tertentu. Jumlah es
25
yang mencair ini menyatakan banyaknya panas yang diserap oleh es karena beban panas dari luar dan beban panas dari luar. Hubungan antara laju penetrasi panas dengan jumlah panas yang diserap, dapat diketahui dari rumus berikut :
q = Q/t di mana : q = (kkal/jam), atau (kkal/24jam) Q = kapasitas atau jumlah panas (kkal) t = waktu dalam jam atau per 24 jam Proses laju perpindahan panas yang melalui suatu peti kemasan berpendingin, dapat dijelaskan melalui rumus berikut :
q=
kA(T1 − T2 ) , atau q = U.A. ΔT x
di mana : q = laju pengaliran panas ke dalam peti kemasan dingin dalam satuan kkal/jam k = konduktivitas termal bahan, dalam satuan kkal m/m2 jam derajat C A = Luas permukaan luar sisi/tutup peti, dalam satuan m2 T1 = suhu pada sisi panas (suhu udara luar), dalam oC T2 = suhu pada sisi dingin (suhu udara dalam peti), dalam oC x = tebal material yang menyelubungi wilayah dingin, dalam m. U = koefisien pengaliran panas dari elemen dinding insulasi, dalam kcal m-2 h-1 oC-1 ΔT = perbedaan antara suhu di luar dan di dalam peti, dalam oC. Peti dengan satu lapisan dinding :
U=
1 x k
di mana : U = koefisien pengaliran panas dari elemen dinding insulasi (kcal m-2 h-1 o -1 C ) x = tebal material yang menyelubungi wilayah dingin k = konduktivitas termal bahan, (kkal m/m2 jam derajat C).
26
3.5.3.1 Analisis efisiensi karena perubahan rapat massa (faktor densitas) Efisiensi karena perubahan densitas material insulasi polyurethane (η), dapat ditentukan melalui perbandingan antara nilai perubahan densitas material (Δρ) terhadap perubahan laju panas (Δq) yang dihasilkan. Perbandingan relatif dari perubahan dua nilai tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : ∆q3 ∆q1
η=
∆q ∆ρ
∆q2
q1 …….. q2 …….. q3 …….. q4 ρ1 ……...ρ2........ ρ3 …….. ρ4 ∆ ρ1 ∆ ρ2 ∆ ρ3
η=
∆q ∆ρ
qn − qi qi η= ρn − ρi ρi
η=
qn − qi ρn qi − 1 ρi
3.5.3.2 Analisis efisiensi perubahan rapat massa dengan CFD Keuntungan dari penggunaan CFD adalah fleksibilitas, waktu komputasi yang relatif singkat dan efesiensi biaya secara keseluruhan (Brown dan Jacobsen 2009). Terdapat 3 tahapan utama proses analisis dengan menggunakan CFD, yaitu preprocessing,
simulation/solver,
dan
postprocessor
(Wikipedia
2011).
Berdasarkan tahapan tersebut, pemecahan masalah terkait dengan laju panas akibat perubahan densitas insulasi polyurethane, dapat dijelaskan sebagai berikut : - Pre-processor, membuat geometri/model, mesh generation input flow properties (initial condition) dan boundary condition. - Solver : proses perhitungan numerik/iterasi - Post processor : tampilan visual hasil perhitungan 3.5.3.3 Analisis efisiensi karena perubahan geometri ruang (faktor luas) Efisiensi karena perubahan bentuk ruang kubus menjadi persegipanjang (bentuk balok) dengan volume konstan, dapat dilakukan dengan cara iterasi
27
numerik perubahan matrik kubus (a x a x a ) = 1, ke bentuk kotak balok (a x b x c) = 1, atau a x b x b = 1. Model iterasi yang dimaksud : 1) Bentuk balok, tiga sisi berbeda : a(n+1) x a x X = 1, dan X = 1/a2 (n+1), a = 1, dan n = 0,01, 0,02, 0,03, ......dan n max = 1. 2) Bentuk balok, dua sisi berukuran sama : (a – n)2 x X = 1, dan X = 1/(a - n)2, a = 1, dan n = 0,01, 0,02, 0,03, ......dan n max = 0,5. di mana : V kubus = a x a x a, dengan A1 V persegi panjang = l x b x t dengan A2 A1 < A2 , maka : A − A1 fb = 1 + 2 A1 a = salah satu sisi ruang kubus X = nilai sisi yang dicari A1 = luas permukaan ruang kubus A2 = luas permukaan ruang persegipanjang fb = faktor luas, efisiensi luas permukaan karena perubahan bentuk ruang. 3.6 Analisis Hubungan Efisiensi terhadap Sistem CUNO Pengaruh efisiensi palka terhadap perencanaan kapal dilihat pada faktor pengaruh perubahan penggunaan densitas material dan perencanaan bentuk ruang palka. Hubungan tersebut dapat dilihat dari metode pendekatan perbandingan volume palka dengan sistem cubic number (CUNO) untuk mendapatkan nilai displasemen kapal. Nilai Displasemen ini akan menentukan ukuran utama kapal. Iterasi untuk mendapatkan efisiensi termal dari palka berpengaruh secara teknis terhadap ukuran utama kapal. Hal ini dapat dianalisis melalui perubahan nilai B/D palka dengan B/D kapal dan pengaruhnya terhadap displasemen kapal.
28
