KINERJA MODEL VACUUM FRYER MENGGUNAKAN PRINSIP BERNOULLI

KINERJA MODEL VACUUM FRYER MENGGUNAKAN PRINSIP BERNOULLI

Oleh :

Usni Mubarok 2404 100 093

Dosen Pembimbing : Ir. Sarwono, MM

LABORATORIUM REKAYASA ENERGI DAN PENGKONDISIAN LINGKUNGAN JURUSAN TEKNIK FISIKA – FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Surabaya, 2009

Pendahuluan Teori Penunjang Metodologi & Data Analisa & Pembahasan Grafik Hasil simulasi

Kesimpulan saran Daftar pustaka Lampiran

Latar Belakang Adanya peristiwa karamelisasi pada buah dan sayuran

Gambar keripik pisang dengan penggorengan biasa

Gambar keripik pisang dengan penggorengan vakum

Hasil penelitian dari J. Garayo dan Moreira, tekanan vakum sebaiknya diatas 6.65 kPa

Pemanfaatan renewable dan sustainable energi

Gambar air terjun baung camp

Gambar air terjun cuban rondo

Pemanfaatan prinsip Bernoulli

Permasalahan Bagaimana merancang ulang sistem vacuum fryer Bagaimana mengetahui hubungan variabel yang paling berpengaruh terhadap vakum yang dihasilkan Bagaimana menganalisa distribusi tekanan dan temperatur dengan menggunakan simulasi CFD

Gambar vacuum fryer lama

Tujuan Membuat rancangan ulang vacuum fryer agar dapat dimanfaat untuk praktikum Melakukan analisa hubungan antar variabel yang paling berpengaruh terhadap tekanan vakum Melakukan analisa distribusi tekanan dan temperatur dengan menggunakan simulasi CFD.

Batasan Masalah Fluida yang digunakan adalah fluida dinamis dan internal flow Aliran laminar dan tanpa gesekan. Pengaruh suhu lingkungan (ambient) di abaikan. Fluida gas adalah fluida gas ideal Pengujian yang dilakukan dengan pembuatan mini plant

Manfaat Mengetahui aplikasi dari prinsip bernoulli yang didapat dari bangku kuliah Membantu memecahkan permasalahan di bidang pengolahan hasil pertanian Mengetahui pemanfaatan terhadap energi terbarukan Alat vacuum fryer bisa dimanfaatkan untuk praktikum.

Teori Penunjang Fluida dinamis Prinsip bernoulli Gas ideal Diagram fasa Speed driver pompa Computed fluid dinamics

Fluida dinamis Fluida dinamis merupakan fluida yang bergerak dalam ruang tertentu. Pembahasan pada fluida dinamis ini meliputi : aliran fluida yang tunak (steady), tak‐kental (non viscous), tak‐temampatkan (incompressible) dan tak‐berotasi (irrotational)

Fluida dinamis Aliran fluida tunak (steady) aliran dimana kecepatan setiap partikel di suatu titik selalu sama.

Aliran fluida yang tak‐kental (non viscous). viskositas atau kekentalan merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Contohnya zat cair.

Aliran fluida yang tak‐temampatkan(incompressible). aliran fluida yang tidak mengalami perubahan volum atau massa jenis ketika ditekan.

Aliran fluida yang tak‐berotasi (irrotational)

Aliran Fluida Aliran laminer, Re < 2300 Aliran turbulen, Re > 2300

Gambar pola aliran laminer dan turbulen

Debit Fluida Debit itu menyatakan volume suatu fluida yang mengalir melalui penampang tertentu dalam sela ng waktu tertentu. Secara matematis, bisa dinyatak an sebagai berikut :

Gambar aliran fluida yang melalui sebuah pipa

Persamaan kontinuitas untuk fluida tak termampatkan

Gambar debit aliran dalam pipa

Persamaan diatas dikenal dengan persamaan kontinuitas

Prinsip Bernoulli Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa di mana kecepatan aliran fluida tinggi, tekanan fluida tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika kecepatan aliran fluida rendah, tekanannya menjadi tinggi.

Asumsi yang digunakan Aliran tunak (steady) Aliran tak mampat (incompressible) Aliran tanpa gesekan (inviscid/non viscous) Aliran menurut garis arus (sepanjang streamline)

Persamaan Bernoulli

Gambar aliran dalam pipa yang berbeda ketinggihan

Aplikasi prinsip bernoulli pada venturi

Gambar aliran dalam pipa venturi

Tekanan vakum Merupakan tekanan yang dibawah tekanan atmosfir atau di kenal dengan tekanan negatif Tabel klasifikasi vakum

Gas Ideal Gas terdiri dari partikel yang sangat banyak dan antarpartikelnya tidak terjadi gaya tarik-manarik Partikel gas tersebar merata dalam ruang Interaksi antar partikel hanya terjadi saat tumbukan Tumbukan (antar partikel, partikel dan dinding) Berlaku hukun newton tentang gerak.

Hukum Gay - Lussac Pada volume konstan, tekanan gas berbanding lutus dengan temperatur

Gambar chamber dimana volumenya konstan

Diagram Fasa Diagram fasa adalah grafik yang menunjukkan wujud zat sebagai fungsi tekanan dan temperatur

Gambar diagram fasa

Kecepatan Putaran Pompa Definisi pompa Pompa merupakan mesin yang menambahkan energi atau mengambil energi dari fluida karena adanya sistem yang berotasi dalam mesin tersebut

Fungsi utama pompa Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya. Mensirkulasikan cairan sekitar sistem.

Kecepatan Putaran Pompa Parameter kinerja pompa (debit alir, head, daya) akan berubah dengan bervariasinya kecepatan putaran. Untuk mengendalikan kecepatan yang aman pada kecepatan yang berbeda-beda maka penting untuk mengerti hubungan antara keduanya. Persamaan yang menjelaskan hubungan tersebut dikenal dengan “Hukum Afinitas” : Debit aliran berbanding lurus dengan kecepatan putaran Head berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan putaran Daya berbanding lurus dengan kubik kecepatan putaran

Grafik pada hukum afinitas

Debit

Hubungan Kecepatan Putaran Pompa Terhadap Debit 6 5 4 3 2 1 0

N terhadap Q

1

2

3

4

5

Kecepatan Putaran Pompa

Hubungan Kecepatan Putaran Pompa terhadap Daya 150

30 25 20 15 10 5 0

N terhadap H

Daya

Head

Hubungan Kecepatan Putaran Pompa Terhadap Head

100 N terhadap P 50 0

1

2

3

4


5

1

2

3

4


5

Computed Fluid Dinamics Suatu teknologi komputasi yang memungkinkan kita untuk mempelajari dinamika dari bendabenda atau zat-zat yang mengalir (Tuakia,2008). Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan – persamaan matematika (model matematika).

Proses simulasi CFD Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD, seperti membuat model, mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat – sifat fluidanya.

Solving menghitung kondisi – kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing

Postprocessing Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD

Software CFD GAMBIT merupakan salah satu preprocessor yang didesain untuk membantu membuat model dan melakukan diskritisasi (meshing) pada model untuk analisis CFD. FLUENT menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh(grid) yang tidak tersruktur sekalipun dengan cara yang relative mudah.

METODOLOGI DAN DATA Diagram alir penelitian Variasi pengujian alat Metode analisa Grafik dan CFD

Diagram alir penelitian

tidak

ya

Design alat sebelum design ulang

Design ulang alat Pengukuran tekanan vakum Savety valve Speed driver pompa

Gambar rancangan ulang vacuum fryer

Keterangan gambar T1 = Suhu yang terukur oleh thermometer bimetal sebelum fluida masuk venturi (C) T2 = Suhu yang terukur oleh thermometer bimetal setelah fluida keluar venturi (C) T3 = Suhu yang terukur oleh thermometer bimetal dalam chamber (C) T4 = Suhu yang terukur pada bak penampung air (C) P1 = Tekanan yang terukur oleh pressure gauge sebelum fluida masuk venture (psi) P2 = Tekanan yang terukur oleh pressure gauge setelah fluida keluar venturi (psi) P3 = Tekanan yang terukur oleh vacuum gauge (psi) Qp = Debit yang di hasilkan pompa (m3/s)

Vacuum fryer dan alat ukurnya

Gambar vacuum fryer sebelum design ulang

Gambar vacuum fryer setelah design ulang

Prinsip kerja pada venturi

Gambar Prinsip kerja pada venturi

Control Volume Pengujian

POMPA

VENTURI

KOMPOR

CHAMBER

Keterangan =

Aliran fluda cair

=

Aliran udara (tekanan)

=

Aliran temperatur

Variasi Pengujian alat Savety Valve Variasi Pengujian Tertutup

1

Tanpa

Speed Driver Dengan

R10

4

R9

5

Terbuka

Tertutup + Chamber

2

3

-

-

Data dari pengujian pertama

Data dari pengujian kedua

Data dari pengujian ketiga

Data dari pengujian keempat

Data dari pengujian kelima

Metode Analisa Grafik Hubungan suhu terhadap waktu Hubungan debit air terhadap waktu Hubungan tekanan terhadap waktu Hubungan tekanan terhadap Waktu Hubungan tekanan vakum terhadap tekanan pompa Hubungan suhu terhadap tekanan vakum Metode Analisa CFD Analisa persebaran temperatur dan tekanan Gambar control volume pengujian

Pembuatan geometri pada GAMBIT Nama Geometri

Ukuran (m)

Panjang pipa inlet

0.1

Panjang pipa outlet

0.1

Diameter pipa

0.0254

Panjang venturi

0.25

Diameter inlet venturi

0.042

Diameter outlet venturi

0.028

Lubang dalam venturi

0.006

Panjang saluran pipa

0.25

Diameter chamber

0.2

Tinggi chamber

0.14

Gambar GAMBIT vacuum fryer

Penentuan Kondisi Batas dan Kontinuum Nama

Type

Continuum

Pipe

Wall

Fluid

Venturi

Wall

Fluid

Vacuum channel

Wall

Fluid

Chamber

Wall

Fluid

Inlet Pipe

Velocity Inlet

Fluid

Pressure Outlet

Fluid

Outlet Pipe

Pembuatan Meshing dan Grid

Gambar Grid Beserta Kondisi Batas

Gambar Meshing

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Grafik

Hasil simulasi CFD

Grafik hubungan suhu terhadap waktu GRAFIK SUHU TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

GRAFIK SUHU TERHADAP PERUBAHAN WAKTU 36 T1

32

T2

30

T3

28

T4

26 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SU H U

SU H U

34

40 35 30 25 20 15 10 5 0

T1 T2

T3 T4

1

2

3

4

5

6

7

8

9

WAKTU (menit)

WAKTU (menit)

Gambar saat savety valve terbuka tanpa menggunakan speed driver

Gambar saat savety valve tertutup dan menggunakan speed driver (R9)

Grafik hubungan debit terhadap waktu GRAFIK DEBIT AIR TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

0.01

0.01

0.008

0.008

0.006 Q pompa

0.004 0.002

D E B IT A IR

D E B IT A IR

GRAFIK DEBIT AIR TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

0.006 Q pompa

0.004 0.002

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10

WAKTU (menit)


1

2

3

4

5

6

7

8

9

WAKTU (menit)


Grafik hubungan tekanan terhadap waktu GRAFIK TEKANAN TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

140 120 100 80 60 40 20 0

P1 P2

P3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

T E K A N A N (k P a )

TEK A N A N (kPa )

GRAFIK TEKANAN TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

160 140 120 100 80 60 40 20 0

P1 P2

P3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

WAKTU (menit)

WAKTU (menit)



Grafik hubungan tekanan terhadap debit 140 120 100 80 60 40 20 0

GRAFIK TEKANAN TERHADAP DEBIT AIR

P1 P2

P3

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

T E K A N A N (kPa )

TEKANAN (kPa)

GRAFIK TEKANAN TERHADAP DEBIT AIR 160 140 120 100 80 60 40 20 0

P1 P2

P3

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

DEBIT AIR

DEBIT AIR



Grafik hubungan vakum terhadap tekanan pompa 6.54 6.52 6.5 6.48 6.46 6.44 6.42 6.4 6.38

P2 terhadap P1

127

128

129

130

131

132

TEKANAN POMPA (kPa)


GRAFIK TEKANAN VAKUM TERHADAP TEKANAN POMPA TEKANAN VAKUM (kP a)

T EK A N A N V A K U M (kPa )

GRAFIK TEKANAN VAKUM TERHADAP TEKANAN POMPA 8 7 6 5 4 3 2 1 0

P2 terhadap P1

146

146.2

146.4

146.6

146.8

147

TEKANAN POMPA (kPa)


Grafik hubungan suhu terhadap tekanan dalam chamber 35 30 25 20 15 10 5 0

T2 terhadap P2

6.35

6.4

6.45

6.5

6.55

TEKANAN VAKUM (kPa)


GRAFIK SUHU TERHADAP TEKANAN VAKUM

SUHU

SUHU

GRAFIK SUHU TERHADAP TEKANAN VAKUM 35 30 25 20 15 10 5 0

T2 terhadap P2

0

2

4

6

8

TEKANAN VAKUM (kPa)


Hasil simulasi menggunakan CFD

Gambar distribusi tekanan pada kecepatan fluida 3.36 m/s


Gambar distribusi tekanan pada kecepatan fluida 3.36 m/s


Gambar distribusi temperatur pada kecepatan fluida 3.36 m/s


Gambar distribusi temperatur pada kecepatan fluida 3.36 m/s

Kesimpulan Dari mini plant yang telah dibuat, didapatkan vakum sampai 7.99 kPa, dengan rasio luasan inlet, lubang dalam dan luasan outlet venturi seluas 42 mm : 6 mm : 28 mm . Hasil ini lebih baik dari 6.65 kPa. Dari 5 variasi pengujian yang telah dilakukan. didapatkan variabel yang paling berpengaruh terhadap vakum yang dihasilkan adalah tekanan pompa (P1), yaitu : Pada saat tekanan pompa (P1) 151.68 kPa dihasilkan vakum sebesar 7.99 kPa pada pengujian savety valve tertutup tanpa menggunakan speed driver pompa. Pada saat tekanan pompa (P1) 130.99 kPa dihasilkan vakum sebesar 6.4 kPa pada pengujian savety valve terbuka tanpa menggunakan speed driver.

Dari hasil simulasi dengan fluent 6.2 didapatkan nilai persebaran tekanan sekitar 2.5 kPa sampai -1070 kPa. Sedang nilai persebaran temperaturnya berkisar 302 K sampai 303 K.

Saran Mengubah – ubah penggunaan rasio dimensi dari venturi yang berbeda - beda untuk menghasilkan tekanan vakum yang lebih besar dari sebelumnya. Design baru alat, bisa dilakukan pada simulasi CFD terlebih dahulu sebelum ada perbaikan lebih lanjut. Penelitian lebih lanjut dengan melibatkan perubahan suhu dan dalam chamber dikasih irisan buah, sehingga bisa di analisa sejauh mana hubungan tekanan vakum yang dihasilkan dengan perubahan suhunya dan kondisi buah dalam chamber tersebut.

Daftar Pustaka Granda, Claudia., G. Moreira, ROSANA. 2005. Kinetics of Acrylamide Formation During Traditional and Vacuum Frying of Potato Chips. Journal of Food Process Engineering 28. Texas : Department of Biological and Agricultural Engineering Texas A & M University M. Olson, Reuben., J.Wright, Steven. 1993. Dasar – Dasar Mekanika Fluida Teknik Edisi Kelima. Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama Marquardt, Niels. Introduction To The Principles Of Vacuum Physics. Germany : Institute for Accelerator Physics and Synchrotron Radiation University of Dortmund

Joachim, Kopp. Benno, Grolik. 2003. The Basics of Vacuum Technology Heeley, David. 2005. Understanding Pressure and Pressure Measurement. Arizona : Freescale Semiconductor, Inc. www.tecnocraft.com. Venturi Vacuum Generators What They Are and How to Design Them Into Your System. Melbourne : Teknocraft Inc UNEP. 2006. Peralatan Energi Listrik Pompa dan Sistim Pemompaan. India : National Productivity Council Tuakia, Firman. 2008. Dasar-Dasar CFD Menggunakan FLUENT. Bandung : Informatika Bandung.

KINERJA MODEL VACUUM FRYER MENGGUNAKAN PRINSIP BERNOULLI

Recommend Documents