Karakteristik Aliran Udara Pada Plat Datar Dengan Pengganggu Berbentuk Silinder

Aliran Udara Pada Plat Datar Dengan Pengganggu Berbentuk Silinder

Karakteristik Aliran Udara Pada Plat Datar Dengan Pengganggu Berbentuk Silinder

Muhammad MuqtadiruS1 Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

e-mail: [email protected]

GrummyJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

e-mail: [email protected]

ABSTRAKAerodinamika merupakan cabang ilmu mekanika fluida yang mempelajari tentang aliran udara yang bergerak

di dalam dan di sekitar objek. Pada penerapan di lapangan ilmu aerodinamika banyak digunakan untuk menganalisa suatu aliran udara yang melewati bodi kendaraan, sehingga akan didapatkan desain bodi yang aerodinamis dari sebuah produk kendaraan. Didalam pengujian bodi suatu kendaraan diperlukan adanya plat datar untuk peletakan model. Pada penelitian ini akan diteliti karakteristik aliran udara pada plat datar dengan diberi pengganggu silinder dengan tujuan untuk mempercepat aliran menjadi turbulen, dengan mengukur profil kecepatan dan distribusi koefisien tekanan pada permukaan plat datar.

Penelitian ini akan dilakukan di dalam open circuit subsonic wind tunnel dengan ketinggian 365 mm, lebar 365 mm, dan panjang 1220 mm pada Reynolds number 4,4 x 104, 8,8 x 104, 1,3 x 105. Karakteristik aliran diamati secara eksperimental baik tanpa maupun yang diberi silinder pengganggu dengan diameter 4 mm. Plat datar tersebut terbuat dari acrylic dengan tebal 10 mm dan panjang 1220 mm yang terletak pada bagian tengah test section subsonic wind tunnel, serta pada bagian leading edge diberi sudut 300. Pada penelitian ini pengukuran profil kecepatan (velocity profile) dilakukan pada permukaan plat datar dengan rasio X/L 0,224 ; 0,286 ; 0,347 ; 0,409 ; 0,470 ; 0,531 ; 0,593, dan distribusi koefisien tekanan sepanjang plat datar dengan penempatan pengganggu berbentuk silinder bervariasi antara 150 mm, 175 mm, 200 mm, 225 mm, dan 250 mm dari leading edge. Karakteristik aliran yang diamati adalah profil kecepatan, yang selanjutnya dapat diketahui shape factor dan distribusi koefisien tekanan pada plat datar dengan

menggunakan pitot static tube dan pressure tap, yang dihubungkan dengan pressure tranducer dan data logger. Dari hasil penelitian didapatkan pada rasio X/L 0,224 ; 0,286 ; 0,347 ; 0,409 ; 0,470 ; 0,531 ; 0,593 dengan

Reynolds number 4,4 x 104, 8,8 x 104, 1,3 x 105 baik tanpa maupun dengan pemasangan silinder pengganggu. Untuk nilai defisit aliran dengan semakin besar rasio X/L dan semakin tinggi Reynolds number nilai defisit aliran relatif menurun. Sedangkan untuk nilai shape factor paling rendah terjadi pada rasio X/L dan pada variasi penempatan silinder tertentu, secara keseluruhan terjadi penurunan dengan diberikannya silinder pengganggu. Kemudian untuk nilai distribusi koefisien tekanan cenderung menurun dengan semakin besar rasio X/L dan semakin tinggi Reynolds number, dan beberapa memiliki nilai terendah pada rasio X/L tertentu. Fenomena separasi bubble berinteraksi kuat pada dinding sehingga mempengaruhi karakteristik aliran yang terjadi pada plat datar. Kata Kunci: karakteristik aliran, plat datar, profil kecepatan, koefisien tekanan

ABSTRACTAerodynamics is a branch of science that studies the fluid mechanics of the flow of air moving in and around

the object. In the application of science in the field of aerodynamics is widely used to analyze an air flow through the vehicle body, so it will get an aerodynamic body design of a vehicle product. In testing the body of a vehicle is needed for laying flat plate models. This research investigated the characteristics of air flow on a flat plate with a bully cylinder given with the aim of accelerating the flow becomes turbulent, by measuring the velocity profile and the pressure coefficient on the surface of a flat plate.

This study will be conducted in the open circuit subsonic wind tunnel with a height of 365 mm, width 365 mm, and length 1220 mm in Reynolds number 4,4 x 104, 8,8 x 104, 1,3 x 105. Flow characteristics observed experimentally fed either without or bully cylinder with a diameter of 4 mm. The flat plate made of acrylic with a thickness of 10 mm and a length of 1220 mm which is located in the center of the subsonic wind tunnel test section, and on the leading edge of the given angle of 300. In this study the measurement of the velocity profile (velocity profile) was performed on the surface of a flat plate with ratio X/L 0,224; 0,286; 0,347; 0,409; 0,470; 0,531; 0,593, and the coefficient of pressure along a flat plate with a cylindrical bully placement varies between 150 mm, 175 mm, 200 mm, 225 mm, and 250 mm

167

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


from the leading edge. Flow characteristics were observed velocity profile, which can further be known shape factor and the pressure coefficient on a flat plate using a pitot static tube and pressure tap, which is connected to a pressure transducer and data logger.

From the results, the X/L ratio 0,224; 0,286; 0,347; 0,409; 0,470; 0,531; 0,593 with Reynolds number 4,4 x 104, 8,8 x 104, 1,3 x 105 both without and with the installation of the cylinder bullies. To value the greater the deficit flow ratio X/L and the higher the number Reynould deficit relative flow value decreases. As for the low value of shape factor occurs in the ratio X/L and the variation in the placement of a particular cylinder, the overall decline in the cylinder exerts a bully. Then for the value of the pressure coefficient tends to decrease with the greater ratio X/L and higher Reynolds number, and some have the lowest value of the ratio X/L specific. The phenomenon of the separation bubble on the wall that interact strongly affects the flow characteristics that take on a flat plate. Keywords: Flow characteristics, flat plate, velocity profile, pressure coefficient.

PENDAHULUANSebagai negara kepulauan yang sangat besar,

Indonesia masih harus menggunakan sistem transportasi darat untuk menghubungkan pulau-pulau yang tersebar diarea yang sangat luas. Untuk menghemat energi dan untuk melindungi lingkungan global, pengurangan konsumsi bahan bakar merupakan perhatian utama dari produsen mobil modern. Pengurangan gaya hambat mobil sangat penting untuk mengurangi konsumsi bahan bakar. Maka dari itu pengembangan sistem transportasi darat semakin membutuhkan penjabaran analisis aerodinamika sebagai ilmu terapan yang dapat dimanfaatkan secara nyata.

Aerodinamika berasal dari kata aero yang berati udara dan dinamika yang berati gerakan. Aerodinamika adalah istilah teknik yang berarti gerakan udara relatif terhadap objek. Aerodinamika cabang ilmu mekanika fluida yang mempelajari masalah aliran udara yang bergerak di dalam dan di sekitar objek. Fenomena aliran uadara melalui objek banyak memberikan informasi mengenai karakteristik aliran fluida beserta gaya-gaya yang ditimbulkan dan tekanan serta kecepatan sebagai besaran yang di amati.

Fenomena gaya yang terjadi dapat dikelompokkan menjadi tiga, diantaranya adalah drag force merupakan gaya yang bersifat menghambat, lift force merupakan gaya yang sifatnya mengangkat, dan side force merupakan gaya yang bersifat mendorong kesamping. Besarnya gaya-gaya tersebut dipengaruhi oleh bentuk kontur permukaan benda, dimensi benda, dan kecepatan aliran udara (velocity profile).

Dalam aplikasinya, pengujian bentuk aliran melewati sebuah bodi (exsternal flow) mobil banyak dilakukan terutama sebagai pemilihan desain bodi yang aerodinamis dari sebuah produk kendaraan. Dalam pengujian tersebut diperlukan adanya plat datar yang dapat diartikan sebagai permukaan jalan. Seperti dikatakan oleh Barnard (1996), bahwa untuk pengujian kendaraan penumpang (commercial vehicles) diperlukan fixed board ground sehingga penelitian mengenai

karakteristik aliran udara melintasi plat datar dengan diberi pengganggu berbentuk silinder yang dimaksudkan untuk mempercepat bentuk aliran menjadi turbulen. Selain itu belum adanya plat datar untuk peletakan benda uji diatas permukaan datar pada wind tunnel di Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya, maka penelitian ini menjadi penting untuk dilakukan.

Pada analisa suatu profil aliran yang bergerak melewati objek, lapis batas (boundary layer) merupakan parameter penting untuk mengetahui karakteristik aliran tersebut. Lapis batas (boundary layer) adalah suatu lapisan yang terjadi karena adanya tegangan geser pada permukaan tersebut. Selain itu hambatan juga disebabkan oleh beberapa faktor, seperti faktor kekasaran permukaan, gradien tekanan, jenis aliran, arah aliran terhadap benda, bentuk benda serta gangguan yang diberikan pada aliran freestream sehingga partikel–partikel fluida terpaksa berhenti (no slip condition) tepat pada permukaan benda karena adanya efek viskositas pada fluida.

Ketika aliran melintasi pelat datar, pada bagian depan partikel-partikel fluida yang cukup dekat terhadap pelat dihambat oleh adanya tegangan geser yang besar. Lapis batas menebal dalam arah yang sama dengan arah aliran. Pada lapis batas ini terjadi perubahan kecepatan dari nol di permukaan pelat hingga kecepatan tertentu (us) pada jarak δ yang semakin jauh semakin besar. Begitu lapis batas mulai menebal, ketidak stabilan terjadi dan mengakibatkan gerak acak partikel fluida yang menyebabkan perubahan momentum dalam fluida hingga menyebabkan terbentuknya lapis batas turbulen. Pada lapis batas turbulen, profil kecepatan yang terbentuk lebih tebal dengan gradien kecepatan di permukaan pelat dan tegangan gesernya lebih tinggi dari pada kondisi laminar maupun transisi. Aliran fluida pada dinding datar tidak mempunyai pressure gradient (zero pressure gradient flow).

Dalam pengujian terowongan angin kecepatan aliran di atas permukaan plat datar dapat diketahui sehingga

JTM. Volume 03 Nomor 01 Tahun 2014, 167 - 175

membentuk sebuah velocity profile pada permukaan plat datar. Dimana dalam penempatan benda uji dapat diketahui letak yang sesuai dengan tujuan pengujian pada test section tersebut, sehingga bagaimana karakteristik aliran udara pada permukaan plat datar dibelakang silinder pengganggu apabila peletakan pengganggu dibuat bervariasi yaitu pada 150 mm, 175 mm, 200 mm, 225 mm, dan 250 mm dari (leading edge) plat datar. Berdasarkan penelitian-penelitian sebelumnya, maka peneliti disini akan mengembangkan penelitian dengan judul karakteristik aliran udara pada plat datar dengan pengganggu berbentuk silinder.

Penelitian tentang karakteristik aliran fluida melintasi plat datar dilakukan oleh Lin (1999), adalah penelitian tentang micro-vortex generator untuk menunda separasi aliran. Penambahan vortex generator dilakukan dengan konfigurasi counter-rotating dan co-ratating. Lin menggunakan tinggi vortex generator yang berkisar antara 10 % sampai 50 % dari boundary layer disturbance thickness. Dengan menggunakan micro-vortex generator dapat menurunkan koefisien tekanan (Cp) dibanding dengan tanpa menggunakan vortex generator. Hasil yang didapat dengan vortex generator menggunakan h/δ = 0,2 dan h/δ = 0,8 menghasilkan nilai Cp yang lebih rendah dari pada tanpa menggunakan vortex generator (kondisi ideal). Untuk memvisualisasi efek vortex generator terhadap aliran digunakan oil flow Visualization, dan tampak perilaku aliran yang lebih turbulen setelah aliran melewati vortex generator.

Penelitian berikutnya dari Ardana dan Wawan Aries Widodo (2012), menunjukkan dengan konfigurasi disturbance body yang memiliki rasio tinggi disturbance dengan boundary layer thickness (h/δ = 0,3) nilai koefisien tekanan (Cp) yang dihasilkan lebih kecil dari pada konfigurasi tanpa disturbance body. Hal ini berarti kecepatan aliran lebih tinggi dari pada kecepatan aliran tanpa menggunakan disturbance body.

Selanjutnya penelitian mengkaji tentang plat datar dengan obstacle berbentuk setengah lingkaran dengan kecepatan freestream 9.75 m/s dan 15.5 m/s yang dilakukan oleh Wawan Aries Widodo dan Sutardi (2008), bahwa separasi massive pada obstacle terjadi akibat momentum aliran tidak mampu mengatasi advarse pressure gradient dan tegangan geser antara permukaan obstacle dengan aliran fluida, sehingga untuk harga Reynould number yang lebih besar akan mengakibatkan letak titik dan akibatnya letak titik re-attachment juga semakin dekat dengan bertambahnya Reynould number.

Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui profil kecepatan aliran (velocity profile) pada permukaan plat datar pada rasio X/L 0,224 ; 0,286 ; 0,347 ; 0,409 ; 0,470 ; 0,531 ; 0,593 baik tanpa maupun dengan silinder pengganggu dengan penempatan bervariasi antara 150

mm, 175 mm, 200 mm, 225 mm, dan 250 mm dari leading edge plat datar. Mengetahui hasil pengukuran distribusi koefisien tekanan (Cp) pada permukaan plat datar baik tanpa maupun dengan silinder pengganggu dengan penempatan bervariasi antara 150 mm, 175 mm, 200 mm, 225 mm, dan 250 mm dari leading edge plat datar.

Manfaat dari hasil penelitian agar mahasiswa dapat mengetahui penempatan benda uji yang sesuai dengan tujuan pengujian pada test section. Pengetahuan akan karakteristik aliran pada suatu kontur yang dapat diaplikasikan pada kemajuan teknologi aerodinamika. Dengan adanya plat datar sebagai test section pada wind tunnel di laboratorium aerodinamika Teknik Mesin Unesa, pengujian berikutnya dapat melakukan yang berkaitan dengan karakteristik aliran melewati benda padat, terutama bodi kendaraan.METODERancangan Penelitian

Gambar 1. Rancangan penelitian

Waktu dan Tempat Penelitian

Kegiatan pengujian dan pengambilan data karakteristik aliran udara pada plat datar dengan pengganggu berbentuk silinderdilakukan dilaboratorium aerodinamika otomotif Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya. Proses pengujian dan pengambilan data dilakukan setelah pelaksanaan seminar proposal skripsai.

Jenis penelitianJenis penelitian ini adalah penelitian eksperimen.

Kemudian dari hasil pengolahan data secara kualitatif

169


dan kuantitatif pada studi eksperimen karakteristik aliran udara pada plat datar sehingga diperoleh beberapa kesimpulan.

Variabel Penelitian Variabel bebas

Variasi Reynolds number yang digunakan adalah 4,4 x 104 ; 8,8 x 104 ; 1,3 x 105, kemudian peletakan silinder dari (leading edge) plat datar adalah 150 mm, 175 mm, 200 mm, 225 mm, 250 mm.

Variabel kontrolAlat ukur yang digunakan dalam pengukuran profil kecepatan (velocity profile) adalah pitot static tube yang dilengkapi dengan holder. Posisi plat datar sejajar dengan arah aliran.

Variabel terikatVariabel terikat pada penelitian ini adalah distribusi koefisien tekanan dan profil kecepatan aliran (velocity profile) pada X/L 0,224 ; 0,286 ; 0,347 ; 0,409 ; 0,470 ; 0,531 ; 0,593.

Instrumen Penelitian

Gambar 2. Plat datar dan silinder pengganggu

Instrumen yang digunakan dalam kegiatan penelitian ini sebagai berikut, dan akan diukur adalah profil kecepatan dan distribusi koefisien tekanan pada permukaan plat datar dengan bahan akrilik yang memiliki panjang 1220 mm dan tebal 10 mm dan pada bagian leading edge diberi sudut 300 dengan penempatan silinder pengganggu secara bervariasi. Alat yang digunakan adalah Subsonic open circuit wind tunnel dengan dimensi utama 1220 mm x 365 mm x 365 mm, manometer, pressure tap, pitot static tube, dan pressure tranducer. Sedangkan untuk pembacaan dan pengambilan hasil data digunakan data logger.

Prosedur PenelitianUntuk mendapatkan hasil data lebih akurat, maka

dilakukan terlebih dahulu kalibrasi antara manometer dengan pressure tranducer, yang meliputi data tekanan statik dan data tekanan dinamik. Dari hasil pengukuran ∆h manometer dan pressure tranducer akan diperoleh data yang kemudian diketahui persamaannya dalam bentuk grafik. Tahap pengambilan data dilakukan dengan langkah sebagai berikut : Mempersiapkan peralatan yang digunakan, meliputi

subsonic wind tunnel, pitot static tube, manometer,

pressure tranducer, data logger. Memposisikan pitot static tube agar terletak tepat di titik tengah test section wind tunnel dengan arah tegak lurus arah aliran menghadap inlet wind tunnel dan pada titik yang ditentukan.

Sambungkan selang penghubung tekanan stagnasi pada pressure tranducer nomer 1 (lubang high) dan selang penghubung tekanan statis pada pressure tranducer nomer 2 (lubang high).

Mencatat temperatur ruangan. Membaca tinggi cairan pada manometer dan

mencatatnya sebagai kondisi awal sebelum melakukan proses kalibrasi.

Menghidupkan fan wind tunnel melalui inverter pada putaran 500 rpm, tunggu sampai keadaan aliran tunak dengan waktu tunggu 120 detik.

Membaca ∆h yang terukur pada manometer dan mencatatnya dalam tabel perhitungan

Membaca output pressure transducer yang sudah diambil nilai rata-rata dari 50 kali pengambilan data pada satu titiknya melalui data logger. Data yang terbaca berupa nilai arus dalam satuan mili-ampere yang kemudian dicatat dalam tabel perhitungan

Mengubah putaran fan wind tunnel melalui inverter dengan kenaikan 50 rpm tanpa mematikan fan wind tunnel, kemudian catat kembali hasil pembacaan pada manometer dan data logger.

Mengulangi langkah pada poin 5 sampai 8, sampi dengan putaran 1200 rpm

Data ∆h dari manometer diproses dalam perhitungan sampai menghasilkan data tekanan dan kecepatan kemudian diplot dengan data arus listrik dari data logger ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui persamaannya.

Teknik Pengumpulan DataTeknik pengumpulan data yang digunakan adalah

sebagai berikut: Metode eksperimen

Metode eksperimen digunakan dalam penelitian ini karena dapat memberikan data yang valid dan dapat dipertanggung jawabkan. Di dalam penenlitian ini dilakukan eksperimen variasi penempatan silinder pengganggu dan variasi Reynolds number

Metode literatur Metode literatur merupakan suatu acuan atau pedoman dalam melaksanakan kegiatan penelitian agar penelitian dapat sesuai dengan dasar ilmu yang melatarbelakangi dan tidak menyimpang dari azas-azas yang telah ada. Dalam metode literatur ini dilakukan pengumpulan data berupa teori dan tabel yang diperoleh dari buku-buku yang berkaitan dengan penelitian ini.

Teknik Analisis DataTeknik analisis data yang digunakan untuk

menganalisa data adalah secara kualitatif dan kuantitatif dari eksperimen karakteristik aliran udara pada plat datar sehingga diperoleh data berupa bentuk grafik, kemudian langkah selanjutnya adalah mendeskripsikan atau

menggambarkan data tersebut sebagaimana adanya dalam bentuk kalimat yang mudah dibaca, dipahami dan dipresentasikan sehingga pada intinya adalah sebagai upaya mencari jawaban atas permasalahan yang diteliti.

HASIL DAN PEMBAHASANProfil kecepatan tanpa silinder pada berbagai

variasi X/L

Gambar 3. Grafik profil kecepatan tanpa silinder pada Re = 4,4 x 104



Dapat di amati dari ketiga gambar grafik terdapat perbedaan-perbedaan nilai shape factor pada setiap Reynolds number, perbedaan tersebut dipengaruhi berubahnya Reynolds number. Dimana pada aliran yang masuk adalah uniform maka semakin besar Reynolds number maka aliran semakin cepat menjadi turbulen. Kemudian dapat diamati pula dari penjelasan nilai shape factor di atas pada beberapa Reynolds number, nilai

shape factor paling rendah terdapat pada rasio X/L tertentu dan cenderung meningkat pada jarak semakin jauh dari leading edge. Hal ini menunjukkan bahwa aliran lebih turbulen hanya terjadi sampai pada rasio X/L tertentu, sehingga pada daerah-daerah tersebut memiliki momentum aliran lebih besar.

Gambar 6. Visualisasi aliranDari gambar visualisasi terlihat separasi bubble yang

terjadi karena terdapat jarak untuk penempatan plat datar dari ujung keluar nozzle atau disebut efek lorong, hal ini yang menyebabkan perkembangan boundary layer turbulen yang terjadi bukan murni disebabkan oleh tegangan geser yang semakin kuat karena adanya gaya gesek antara fluida dengan dinding, melainkan sudah dipengaruhi separasi bubble yang terjadi pada daerah leading edge.

Profil kecepatan tanpa dan dengan variasi penempatan silinder pengganggu Reynolds number 4,4 x 104

Gambar 7. Profil kecepatan tanpa dan dengan silinder pada X/L = 0,224

171

separasi bubble

171




Dari penjelasan nilai shape factor pada grafik dapat di amati pada X/L = 0,224, memiliki nilai shape factor paling rendah untuk penempatan silinder pada jarak l = 150 mm. Kemudian pada X/L = 0,409 memiliki nilai shape factor paling rendah pada beberapa posisi yaitu l =

150 mm, 175 mm, dan 250 mm. Sedangkan pada X/L X/L = 0,593, memiliki nilai shape factor paling rendah pada posisi l = 250 mm. Kondisi ini disebabkan setelah terjadi separasi bubble pada leading edge aliran segera melewati silinder pengganggu yang paling dekat dengan leading edge sehingga terjadi percepatan ketika melewatinya. Maka pada rasio X/L diatas memiliki turbulensi aliran lebih kuat.

Hal ini menunjukkan bahwa turbulensi aliran lebih kuat hanya terjadi pada rasio X/L tertentu dan juga pada variasi penempatan silinder tertentu, sehingga pada daerah-daerah tersebut memiliki momentum aliran lebih besar dan secara keseluruhan dengan diberikan silinder pengganggu yang ditempatkan di atas plat datar menunjukkan penurunan nilai shape factor bila dibandingkan dengan tanpa silinder pengganggu.





Dari penjelasan nilai shape factor pada grafik dapat di amati pada X/L = 0,224 dan X/L = 0,409, memiliki nilai shape factor paling rendah pada posisi l = 150 mm. Sedangkan pada X/L = 0,593 memiliki nilai shape factor paling rendah pada posisi l = 225 mm. Pada Reynolds number semakin besar aliran lebih tahan terhadap adverse pressure gradient, namun separasi bubble yang terjadi pada leading edge memiliki ketinggian yang lebih besar pula dan setelah aliran re-attachment aliran segera melewati silinder pengganggu yang paling dekat dengan leading edge sehingga terjadi percepatan ketika melewatinya.

Hal ini menunjukkan bahwa turbulensi aliran lebih kuat hanya terjadi pada rasio X/L tertentu dan juga pada variasi penempatan silinder tertentu, sehingga pada daerah-daerah tersebut memiliki momentum aliran lebih besar dan secara keseluruhan dengan diberikan silinder pengganggu yang ditempatkan di atas plat datar menunjukkan penurunan nilai shape factor bila dibandingkan dengan tanpa silinder pengganggu.





Dari penjelasan nilai shape factor pada grafik dapat di amati pada X/L = 0,224 memiliki nilai shape factor paling rendah pada posisi l = 150 mm. Kemudian pada X/L = 0,409 dan X/L = 0,593, memiliki nilai shape factor paling rendah pada posisi l = 250 mm.

Hal ini menunjukkan bahwa intensitas turbulensi aliran lebih kuat hanya terjadi pada rasio X/L tertentu dan juga pada variasi penempatan silinder tertentu, sehingga pada daerah-daerah tersebut memiliki momentum aliran lebih besar dan secara keseluruhan dengan diberikan silinder pengganggu yang ditempatkan di atas plat datar menunjukkan penurunan nilai shape

factor bila dibandingkan dengan tanpa silinder pengganggu.

Distribusi koefisien tekanan tanpa silinder pengganggu dengan variasi Reynolds number 4,4 x 104, 8,8 x 104, 1,3 x 105

Gambar 16. Distribusi koefisien tekanan tanpa silinder

Ketika aliran fluida melewati tepat di atas permukaan dinding datar, maka akan timbul suatu distribusi tekanan sepanjang dinding. Distribusi tekanan pada dinding datar cenderung konstan sepanjang dinding yang dikarenakan tidak mempunyai pressure gradient (zero pressure gradient). Pada gambar 15, dapat dilihat bahwa nilai distribusi koefisien tekanan cenderung menurun seiring semakin jauh titik pengukuran dari leading edge, hal ini karena adanya pengaruh tegangan geser yang semakin besar antara fluida dengan dinding ketika semakin jauh dari leading edge. Sehingga fluida bergerak semakin acak dan memiliki momentum aliran yang lebih besar, seperti yang ditunjukkan dari nilai koefisien tekanan

Distribusi koefisien tekanan tanpa dan silinder pengganggu

Gambar 17. Distribusi koefisien tekanan tanpa dan dengan silinder Reynolds number 4,4 x 104

Nilai distribusi koefisien tekanan pada variasi penempatan silinder cenderung lebih rendah bila dibanding dengan tanpa silinder, sedangkan nilai distribusi koefisien tekanan terendah pada variasi penempatan silinder hanya terjadi pada rasio X/L tertentu. Untuk l = 150 mm terjadi pada X/L = 0,618 dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,156 sampai

173

173


dengan X/L =0,839 dengan nilai -0,214. Untuk l = 175 mm terjadi pada X/L = 0,274 dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,066. Untuk l = 200 mm tidak menunjukkan penurunan nilai terendah, melainkan lebih berhimpit dengan grafik variasi silinder yang lainnya. Untuk l = 225 mm menunjukkan lebih berhimpit dengan grafik tanpa silinder pengganggu, baru pada X/L = 0,606 terjadi penurunan dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,132 sampai dengan X/L = 0,876 dengan nilai -0197. Untuk l = 250 mm terjadi pada X/L = 0,384 dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,099 sampai dengan X/L = 0,520 dengan nilai -0,140.


Nilai distribusi koefisien tekanan untuk variasi penempatan silinder cenderung lebih tinggi bila dibanding dengan tanpa silinder, sedangkan nilai distribusi koefisien tekanan terendah pada variasi penempatan silinder hanya terjadi pada rasio X/L tertentu. Untuk l = 150 mm terjadi pada X/L = 0,495 dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,153 sampai dengan X/L =0,889 dengan nilai -0,234. Untuk l = 175 mm terjadi pada X/L = 0,274 dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,071. Untuk l = 200 mm tidak menunjukkan penurunan nilai terendah, melainkan lebih berhimpit dengan grafik variasi silinder yang lainnya. Untuk l = 225 mm tidak menunjukkan penurunan nilai terendah, melainkan lebih berhimpit dengan grafik variasi silinder yang lainnya. Untuk l = 250 mm terjadi pada X/L = 0,753 dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,193 sampai dengan X/L =0,815 dengan nilai tetap yaitu -0,193.


Nilai distribusi koefisien tekanan terendah pada beberapa variasi penempatan silinder hanya terjadi pada rasio X/L tertentu. Untuk tanpa silinder pengganggu terjadi pada X/L = 0,323 dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,088 sampai dengan X/L =0,458 dengan nilai -0,125. Untuk l = 150 mm terjadi pada X/L = 0,618 dengan nilai distribusi koefisien tekanan -0,162 sampai dengan X/L =0,827 dengan nilai -0,199. Untuk l = 175 mm tidak menunjukkan penurunan nilai terendah, melainkan lebih berhimpit dengan grafik variasi silinder yang lainnya. Untuk l = 200 mm tidak menunjukkan penurunan nilai terendah, melainkan lebih berhimpit dengan grafik variasi silinder yang lainnya. Untuk l = 225 mm tidak menunjukkan penurunan nilai terendah, melainkan lebih berhimpit dengan grafik variasi silinder yang lainnya. Untuk l = 250 mm tidak menunjukkan penurunan nilai terendah, melainkan lebih berhimpit dengan grafik variasi silinder yang lainnya.

Secara keseluruhan nilai distribusi koefisien tekanan baik tanpa dan dengan silinder pengganggu menunjukkan bentuk grafik cenderung menurun dan bernilai negatif dengan semakin besar rasio X/L, hal ini diduga disebabkan oleh separasi bubble yang terjadi pada leading edge dan adanya akumulasi gaya gesek akibat dari kekasaran pressure tap yang menyebabkan aliran seakan-akan mendapat energi secara terus-menerus sehingga distribusi koefisien tekanan mengalami penurunan dengan semakin besar rasio X/L.

PENUTUPSimpulan

Dari hasil pengolahan data secara kualitatif dan kuantitatif pada studi eksperimen karakteristik aliran udara pada plat datar diperoleh beberapa kesimpulan antara lain : Dari hasil pengukuran shape factor maupun

profil kecepatan aliran (velocity profile) pada permukaan plat datar pada rasio X/L 0,224 ; 0,286 ; 0,347 ; 0,409 ; 0,470 ; 0,531 ; 0,593 baik tanpa maupun dengan silinder pengganggu dengan penempatan bervariasi antara 150 mm, 175 mm, 200 mm, 225 mm, dan 250 mm dari leading edge plat datar.

- Untuk variasi tanpa silinder pengganggu pada Re = 4,4 x 104, 8,8 x 104, 1,3 x 105, menunjukkan nilai shape factor paling rendah hanya terjadi pada rasio X/L tertentu.

- Untuk variasi tanpa dan dengan silinder pada Re = 4,4 x 104, 8,8 x 104, 1,3 x 105 menunjukkan nilai shape factor paling rendah hanya terjadi pada rasio X/L tertentu dan pada variasi penempatan silinder tertentu, dan lebih rendah nilai shape factor tersebut bila dibandingkan dengan tanpa

silinder pengganggu. Dari hasil pengukuran distribusi koefisien

tekanan (Cp) pada permukaan plat datar baik tanpa maupun dengan silinder pengganggu dengan penempatan bervariasi antara 150 mm, 175 mm, 200 mm, 225 mm, dan 250 mm dari leading edge plat datar.

- Untuk variasi tanpa silinder pengganggu pada Re = 4,4 x 104, Re = 8,8 x 104, Re = 1,3 x 105 nilai distribusi koefisien tekanan cenderung menurun seiring semakin jauh titik pengukuran dari leading edge.

- Untuk variasi tanpa dan dengan silinder pengganggu pada Re = 4,4 x 104, Re = 8,8 x 104, Re = 1,3 x 105. Nilai distribusi koefisien tekanan pada Re = 4,4 x 104 untuk variasi penempatan silinder cenderung lebih rendah bila dibanding dengan tanpa silinder, dan terjadi pada rasio X/L tertentu. Sedangkan pada Re = 8,8 x 104 untuk variasi penempatan silinder cenderung lebih tinggi bila dibanding dengan tanpa silinder dan cenderung berhimpit bentuk grafiknya. Kemudian pada Re = 1,3 x 105 untuk variasi penempatan silinder cenderung lebih tinggi bila dibanding dengan tanpa silinder, nilai koefisien lebih rendah hanya terjadi pada beberapa variasi penempatan silinder dan terjadi pada rasio X/L tertentu.

SaranSaran yang peneliti sampaikan adalah sebagai berikut :

Perlu ditambahkan screen untuk mengurangi intensitas turbulensi aliran yang masuk pada test section sehingga aliran lebih seragam.

Untuk pressure tranducer sebaiknya menggunakan range yang sesuai sehingga mendapatkan hasil pengukuran lebih akurat.

Untuk pitot static tube sebaiknya menggunakan diameter lebih kecil untuk mendapatkan hasil pengukuran lebih dekat dengan dinding plat datar.

Peralatan seperti holder perlu adanya perbaikan pada sliding geser sehingga lebih lurus pergerakannya.

Pengambilan data sebaiknya dilakukan pada keadaan ruang tertutup untuk menghindari fluktuasi aliran dan temperatur akibat adanya aliran dari eksternal.

DAFTAR PUSTAKAAulia dan Wawan Aries Widodo, 2012. ”Studi

Eksperimen Pengaruh Penambahan Inlet Disturbance Body Terhadap Karakteristik Aliran Yang Melintasi Silinder Sirkular Di Dekat Dinding”. Surabaya: Jurnal Teknik Pomits.

Barnard R.H., Road vehicle Aerodynamic Design: An Introduction, England: Longman, 1996.

Bao, F., & Dallmann, Uwe Ch., Some physical aspects of separation bubble on a rounded backward-facing step, Aerospace Science and Technology, vol. 8, pp. 83–91, 2004.

Fox and Mc. Donald, 1998. Introduction to Fluid Mechanics, 8th edition, John Wiley and Son, Inc.

Lin, John .C., Control of turbulent boundary-layer separation using micro-vortex generator, AIAA Paper 99-3404,30th AIAA Fluid Dynamics Conference, Norfolk, VA,June 28–July 1, 1999.

Munson, B.R, Young, D.F., dan Okisshi, T.H., “Dasar-dasar Mekanika Fluida”. Ed.empat, Erlangga. (2002).

Nevers, Noel de. 1991. Fluid Mechanics for Chemical Engineers 2nd Edition. Utah: McGraw-Hill, Inc.

Wawan Aries dan Sutardi, 2008. “Studi Eksperimental Dan Numerik Karakteristik Boundary Layer Pada Permukaan Pelat Datar Dengan Gangguan Sebuah Obstacle Berbentuk Circular”. Surabaya: Seminar Nasional Teknik Mesin 3.

175

175

Documents

Karakteristik Aliran Udara Pada Plat Datar Dengan Pengganggu Berbentuk Silinder