BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
Bab ini membahas hasil simulasi distribusi temperatur kebakaran menggunakan OpenFOAM dan CFAST pada ruang tertutup. Analisis dilakukan untuk mengevaluasi perkembangan temperatur, plume panas, pembentukan upper hot layer, serta karakteristik distribusi temperatur yang dihasilkan oleh kedua metode simulasi. Pada penelitian ini simulasi OpenFOAM dilakukan menggunakan solver fireFoam dengan pendekatan Computational Fluid Dynamics (CFD), sedangkan simulasi CFAST dilakukan menggunakan pendekatan two-zone model.
Distribusi temperatur dianalisis pada waktu simulasi:
Visualisasi hasil OpenFOAM dilakukan menggunakan ParaView dalam bentuk contour temperatur vertikal, sedangkan hasil simulasi CFAST dianalisis berdasarkan perkembangan temperatur upper layer.
4.2 Hasil Simulasi OpenFOAM
4.2.1 Distribusi Temperatur pada t = 5 s
Pada waktu simulasi 5 s terlihat bahwa temperatur tinggi mulai terbentuk pada area sumber api methane. Distribusi temperatur masih terkonsentrasi pada bagian tengah bawah enclosure. Gas panas hasil pembakaran mulai bergerak menuju bagian atas ruangan akibat gaya buoyancy. Pada tahap awal simulasi ini plume panas masih relatif kecil dan belum mencapai seluruh bagian upper enclosure. Perbedaan temperatur antara gas panas dan udara sekitar menyebabkan terbentuknya gradien temperatur pada domain simulasi. Fenomena plume panas pada tahap awal simulasi dipengaruhi oleh perpindahan panas konveksi.
Persamaan perpindahan panas konveksi:
Keterangan:
= laju perpindahan panas
= koefisien konveksi
= luas permukaan
= temperatur permukaan
= temperatur lingkungan
Pada tahap ini distribusi temperatur masih bersifat lokal di sekitar sumber api.
4.2.2 Distribusi Temperatur pada t = 10 s
Pada waktu simulasi 10 s plume panas berkembang lebih besar dibandingkan kondisi sebelumnya. Temperatur tinggi mulai bergerak secara vertikal menuju bagian atas enclosure. Perkembangan plume panas menunjukkan bahwa energi panas hasil pembakaran methane mulai terakumulasi pada bagian upper region enclosure. Distribusi temperatur pada bagian tengah ruangan menunjukkan peningkatan temperatur yang cukup signifikan dibandingkan kondisi awal simulasi. Pergerakan plume panas dipengaruhi oleh efek buoyancy akibat perbedaan densitas antara gas panas dan udara sekitar.
Hubungan gaya buoyancy terhadap temperatur dapat dituliskan sebagai:
Keterangan:
= gaya buoyancy
= percepatan gravitasi
= koefisien ekspansi termal
= temperatur gas panas
= temperatur lingkungan
Semakin tinggi temperatur hasil pembakaran maka plume panas akan bergerak lebih cepat menuju bagian atas enclosure.
4.2.3 Distribusi Temperatur pada t = 15 s
Pada waktu simulasi 15 s distribusi temperatur menunjukkan perkembangan plume panas yang lebih stabil. Temperatur tinggi mulai mendominasi bagian upper enclosure. Akumulasi gas panas pada bagian atas ruangan menyebabkan terbentuknya upper hot layer. Kondisi ini merupakan karakteristik umum kebakaran pada ruang tertutup dimana panas tidak dapat terdisipasi secara langsung ke lingkungan luar. Contour temperatur menunjukkan bahwa gradien temperatur mulai terbentuk antara upper hot layer dan lower region enclosure. Distribusi temperatur pada OpenFOAM memperlihatkan variasi spasial yang detail sehingga perkembangan plume panas dapat diamati secara visual. Pada tahap ini perpindahan panas radiasi mulai memberikan kontribusi terhadap distribusi temperatur enclosure.
Persamaan perpindahan panas radiasi:
Keterangan:
= emissivity
= konstanta Stefan-Boltzmann
= luas permukaan
= temperatur permukaan
= temperatur lingkungan
Perpindahan panas radiasi menyebabkan temperatur enclosure meningkat secara bertahap.
4.2.4 Distribusi Temperatur pada t = 20 s
Pada waktu simulasi 20 s plume panas menunjukkan kondisi yang lebih stabil dibandingkan waktu simulasi sebelumnya. Temperatur tertinggi tetap berada pada bagian tengah vertikal enclosure yang merupakan jalur utama plume panas. Distribusi temperatur pada upper enclosure menunjukkan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan bagian bawah ruangan akibat akumulasi gas panas. Pada area dekat dinding temperatur relatif lebih rendah dibandingkan bagian plume utama. Hal ini terjadi akibat perpindahan panas menuju batas domain serta berkurangnya intensitas plume panas pada area pinggir enclosure.Contour temperatur pada tahap ini menunjukkan bahwa OpenFOAM mampu memvisualisasikan distribusi temperatur secara detail dan memperlihatkan perkembangan plume panas secara spasial.
4.3 Analisis Perkembangan Plume Panas
Plume panas merupakan aliran gas panas hasil pembakaran yang bergerak menuju bagian atas enclosure akibat efek buoyancy.Pada penelitian ini perkembangan plume panas diamati menggunakan contour temperatur vertikal hasil simulasi OpenFOAM. Pada awal simulasi plume panas masih terkonsentrasi di sekitar sumber api. Seiring bertambahnya waktu simulasi, plume panas berkembang menuju bagian atas enclosure dan membentuk upper hot layer. Perkembangan plume panas menunjukkan bahwa distribusi temperatur pada ruang tertutup dipengaruhi secara signifikan oleh pergerakan gas panas akibat perbedaan densitas.
Hubungan buoyancy terhadap temperatur dapat dituliskan sebagai:
Semakin tinggi temperatur hasil pembakaran maka gaya buoyancy semakin besar sehingga plume panas bergerak lebih cepat menuju bagian atas enclosure. Distribusi plume panas pada OpenFOAM memperlihatkan karakteristik tiga dimensi yang tidak dapat divisualisasikan secara detail menggunakan zone model.
Berikut GRAFIK suhu terhadap distance
