Upload
ryan-fadhli
View
262
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
1/19
PROPOSAL TUGAS AKHIR
ANALISIS CFD TEROWONGAN ANGIN
MENGGUNAKAN AXIALFAN 5.5 Kw DENGAN
DIAMETER 1225 mm.
Nama : Azharyanto Fadhli
No. Pokok : 4314218045
JURUSAN TEKNIK MESIN – FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS PANCASILA
JAKARTA
2016
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
2/19
LEMBAR PENGESAHAN
Telah diperiksa, disetujui, dan diterima dengan baik oleh Dosen Pembimbing
Tugas Akhir untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi sebagian dari syarat-
syarat guna mengikuti sidang tugas akhir Program Studi Teknik Mesin
Nama : Azharyanto Fadhli
Nomor Pokok : 4314218045
Jurusan : Teknik Mesin Strata Satu (S1)
Bidang Kekhususan : Teknik Konversi Energi
Judul Tugas Akhir : Analisis CFD Terowongan Angin menggunakan
Axial Fan 5.5 kW dengan Diameter 1225 mm.
Jakarta, Maret 2016
Menyetujui, Pembimbing TugasAkhir
(Dr. Damora Rhakasywi, ST.MT)
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir
(Ir. Eddy Djatmiko, MT) (I Gede Eka Lesmana, ST.MT)
ii
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
3/19
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan …………………………………………………………............. i
DAFTAR ISI ................................................................................................................ 1
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 2
1.1 Latar Belakang............................................................................................... 2
1.2 Tujuan Penulisan ........................................................................................... 3
1.3
Rumusan Masalah ......................................................................................... 3
1.4
Batasan Masalah ............................................................................................ 3
BAB II DASAR TEORI............................................................................................... 4
2.1 Pengertian Umum Terowongan Angin .......................................................... 4
2.1.1
Jalur Rangkaian Terowongan Angin ...................................................... 4
2.1.2
Bagian – bagian Terowonga Angin Rangkaian Terbuka ....................... 5
2.1.3 Kelebihan dan Kekurangan Pada Terowongan Angin ........................... 8
2.2 Pengertian Umum CFD (Computational Dynamics Fluid ) ........................... 8
2.2.1
Langkah Umum CFD ............................................................................. 8
2.2.2
Pre-Processing ........................................................................................ 9
2.2.3 Processing ............................................................................................ 10
2.2.4 Post Processor ..................................................................................... 11
BAB III METODE ..................................................................................................... 12
3.1 Langkah-Langkah Pengerjaan ..................................................................... 12
3.2 Deskripsi Kerja ............................................................................................ 12
3.3 Langkah Pengerjaan .................................................................................... 13
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 16
1
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
4/19
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Wind tunnel atau terowongan angin adalah alat riset dikembangkan untuk
membantu dalam menganalisa efek angin yang bergerak atau di sekitar objek padat.
Umumnya, perancangan terowongan angin berdasarkan dari data-data hasil
eksperimen. Eksperimen ini menggunakan motor listrik untuk menghasilkan
hembusan angin didalam terowongan angin. Esperimen yang dilakukan dapat
dihasilkan kontribusi tekanan di setiap bagian-bagian terowongan angin tersebut
dengan kontruksi terowongan angin yang telah dirancang.
Sekarang ini, tentunya untuk menganalisa aerodinamis suatu benda atau
kendaraan yang akan dirancang (terutama desain body), akan membutuhkan suatu alat
yang dapat membantu dalam menganalisis hambatan angin yang dapat diterima.
Rancangan harus selalu membuat moke up terlebih dahulu dan lalu dilakukan
pengujian, maka akan mengahabiskan banyak waktu dan biaya. Sekarang sudah
banyak berkembangnya software yang dapat membantu menganalisa untukmengoptimlakan dalam merancang Terowongan angin. Beberapa software seperti
Ansys, SolidWorks, Inventor, Catia , Fluent dan lain - lain yang dapat mengaplikasikan
Computional Fluid Dynamic (CFD), sehingga dengan adanya software tersebut,
perancang dapat merubah dan memilih sehingga desain bisa sangat optimal tanpa
memkan wakt dan biaya yang sangat mahal.
Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran
fluida, perpindahan panas, reaksi kimia dan fenomena lainnya dengan meyelesaikan
persamaan – persamaan matematika (model matematika). Dasar persamaan –
persamaan fluida dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan – persamaan
diferensial parsial (PDE = Partial Differentian Equation) yang mempresentasikan
hukum – hukum konservasi massa, momentum dan energi. [2]
2
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
5/19
1.2 Tujuan Penulisan
Tujuan yang ingin dicapai oleh penulis dalam pelaksanaan tugas akhir ini
diantaranya :
1.
Dapat mensimulasikan Terowongan Angin yang telah dirancang.
2. Mengetahui bentuk/shape seperti apa yang paling optimal.
3. Memaksimalkan aliran yang ada di test chamber dengan menggunakan
axial fan yang telah ditentukan.
4. Mengetahui nilai turbulensi, kecepatan dan tekanan yang terjadi pada test
chamber.
1.3 Rumusan Masalah
Terdapat beberapa rumusan masalah yang dapat diambil, yaitu:
1. shape/ bentuk seperti apa yang paling optimal untuk design wind tunnel
untuk kapasitas lab?
2. Berapa dimensi maksimum yang didapat untuk bagian test chamber ?
3. Berapa nilai turbulensi, kecepatan dan tekanan yang terdapat pada test
chamber ?
1.4 Batasan Masalah
Penulis ingin memfokuskan apa yang akan dibahas dan mencegah meluasnya
masalah, maka akan membatasi masalah, yaitu pada simulasi Terowongan Angin yang
telah dirancang sesuai dengan Axial Fan yang diameter 1225 mm, dengan kecepatan
putar 950 RPM , Dayanya sebesar 5.5 kW dan mencoba dengan berbagai macam
bentuk/shape (Square, Persegi 6, persegi 8 dan Lingkaran), sehingga mendapatkan
Terowongan Angin yang ukuran minimum 500 x 500 mm dan hasilnya optimal
(turbulensi yang rendah pada aliran).
3
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
6/19
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Pengertian Umum Terowongan Angin
Terowongan angin digunakan untuk mensimulasikan keadaan sebenarnya pada
suatu benda yang berada dalam pengaruh gaya-gaya aerodinamik dalam bidang
aeronautika kinerja mekanika terbang ( flight mechanic) dari suatu benda terbang
(aerial vechicle) dapat diuji secara experimental, dengan peralatan system pendukung
yang memiliki kemampuan ukur enam derajat kebebasan (degree of freedom), yaitu
gaya, Fdrag, Fthrust, Fweight, Flift, Fside, momen, Mpitch, Mroll, Myaw. Obyek
analisa ini sangat luas sehingga dibagi dalam beberapa sub klasifikasi. Pada bidang
otomotif desain kendaraan modern menuntut bentuk (shape) yang futuristic tapi juga
hambatan angin dapat direduksi sehingga konsumsi bahan bakar lebih hemat. Dalam
hal ini reduksi Coefisien Drag dapat dilakukan melalui pengujian dengan terowongan
angin. Selain itu juga menuntut kestabilan tinggi terutama saat menikung sehingga
menuntut gaya tekan ke bawah (down force negative lift) yang optimal. Terowongan
tipe ini biasanya menggunakan lantai seksi uji yang dapat bergerak sesuai kecepatan
jet untuk menghilangkan pengaruh lapisan batas (boundary layer) lantai.
2.1.1 Jalur Rangkaian Terowongan Angin
Terowongan Angin mempunyai dua jenis jalur rangkaian dalam aplikasinya,
yang pertama yaitu dengan rangkaian terbuka (Open Circuit Tunnel) dan yang kedua
yaitu dengan rangkaian tertutup (Close Circuit Tunnel). Namun untuk yang dibahas
oleh penulis untuk Terowongan Angin Rangkaian Terbuka.
Terowongan Angin ini disebut tipe terbuka atau Open Circuit Tunnel karena
pada sisi inlet dan outlet bersinggungan langsung dengan atmosfer [1]. Untuk alliran
udaranya sendiri akan digerakan oleh axial fan yang diletakan dibagian belakang
Terowongan Angin. Terdapat 4 bagian utama dari Terowongan Angin rangkaian
terbuka ini, yaitu Construction (Nozzle), Setling Chamber, Test Chamber (tempat uji)
dan Difuser .
4
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
7/19
Gambar 2.1 : Jalur Terowongan Angin Rangkaian Terbuka.[3]
2.1.2 Bagian – bagian Terowonga Angin Rangkaian Terbuka
Terdapat 4 bagian utama pada Terowongan Angin , yaitu Construction
(Nozzle), Settling Chamber, Test Chamber, dan Diffusers. Berikut fungsi dari masing
masing bagian :
a. Construction (Nozzle)
Construction marupakan bagian terpenting dalam mendesain Terowongan
Angin, aliran yang dihasilkannya sangat berpengaruh pada kualitas aliran di test
chamber. Dengan bentuknya seperti gambar 2.2 , bertujuan untuk meningkatkan
kecepatan aliran dan mengurangi aliran turbulen sebelum masuk ke test chamber.[2]
Gambar 2.2 : Wind Tunnel Construction [2]
5
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
8/19
b. Settling chamber
Settling chamber merupakan bagian dari Terowongan Angin rangkaian terbuka
yang diletakan diawal rangkaian. Ketika membutuhkan aliran udara yang berkualitas
tinggi, sesuatu alat harus dipasang untuk meningkatkan aliran yang seragam dan
mengurangi tingkat turbulen dalam aliran sebelum memasuki bagian construction.
Komponen yang dipasang dibagian settling chamber yaitu biasa disebut
Honneycombs. Honeycombs ini dipasang akan mengurangi pressure dan keceparan
yang masuk, karena hanya berbentuk screen yang berfungsi sebagai penyearah aliran.
[2]
Gambar 2.3 : Settling Chamber [2]
c. Test Chamber
Test Chamber merupakan tempat pengujian suatu permodelan yang telah
dibuat. Aliran udara yang masuk kedalam test chamber ini sangat sekali dibutuhkan
tingkat turbulen yang sangat rendah, semakin rendah maka akan semakin bagus dan
akurat untuk hasil simulasi dari test yang dilakukan. Ukuran untuk test chamber ini
tergantung kepada permodelan yang akan disimulasikan Terowongan Angin. [2]
6
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
9/19
Gambar 2.4 : Test Chamber [2]
d. Diffusers
Fungsi utama dari Diffuser yaitu untu memulihkan tekanan stastis dalam
rangka meningkatkan efisiensi dan menutup dari aliran sirkuit. Letak dari diffuser ini
berada di setelah test chamber. Bagian akhir dari diffuser akan diletakan axial fan. [2]
Gambar 2.5 : Diffuser [2]
7
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
10/19
2.1.3 Kelebihan dan Kekurangan Pada Terowongan Angin
Terowongan angin tipe rangkaian terbuka seperti ini juga mempunyai
kelebihan dan kekurangan.
Kelebihan:
a. Biaya konstruksi relative rendah.
b.
Terowongan Angin dapat diletakan didalam ruangan.
Kerugian:
a. Angin dan suhu (cuaca) yang terdapat dilingkungan dapat mempengaruhi
operasi dari wind tunnel.
b. Secara Umum lebih berisik saat beroprasi.
2.2 Pengertian Umum CFD (Computational Dynamics Fluid )
Dinamika fluida komputasi, biasanya disingkat sebagai CFD (Computational
Dynamics Fluid), adalah cabang dari mekanika fluida yang menggunakan metode
numerik dan algoritma untuk memecahkan dan menganalisis masalah yang melibatkan
dari aliran fluida tersebut. Pada analisis ini komputer digunakan untuk melakukan
perhitungan yang diperlukan untuk mensimulasikan interaksi cairan dan gas dengan
permukaan yang didefinisikan oleh kondisi batas, dengan kecepatan tinggi
superkomputer, agar hasil analisis yang lebih baik dapat dicapai. Diberbagai penelitian
yang sedang berlangsung, banyak menghasilkan perangkat lunak yang meningkatkan
akurasi dan kecepatan skenario simulasi yang kompleks seperti mengalir transonik
atau turbulen. Validasi awal dari perangkat lunak tersebut dilakukan menggunakan
terowongan angin dengan validasi akhir datang dalam tes penerbangan.
2.2.1
Langkah Umum CFD
Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas 3 bagian utama, Pre-
processor, Processor dan Post Processor . Berikut penjelasan dari ketiga langkah
umum CFD.
8
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
11/19
a. Pre-pocessor
Prepocessor adalah tahap dimana data diinput mulai dari pendefinisian domain serta
pendefinisian kondisi batas atau boundary condition. Ditahap ini juga sebuah benda
atau ruangan yang akan dianalisis dibagi-bagi dengan jumlah grid tertentu atau sering
juga disebut dengan meshing. [3]
b. Processor
Tahap selanjutnya adalah processor , pada tahap ini dilakukan proses
penghitungan data-data input dengan persamaan yang terlibat secara iteratif .
Penghitungan dilakukan hingga hasil menuju error terkecil atau hingga mencapai nilai
yang mendekati keadaan sesungguhnya. Penghitungan dilakukan secara menyeluruh
terhadap volume kontrol dengan proses integrasi persamaan diskrit. [3]
c. Post processor
Tahap akhir merupakan tahap post processor di mana hasil perhitungan
diinterpretasikan kedalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola warna tertentu.
[3]
2.2.2 Pre-Processing
a. Modeling
Modeling adalah penggambaran sebuah objek (berupa 3 dimensi atau 2
dimensi), yang akan digunakan objek yang akan dilakukan simulasi
b. Meshing
Meshing ini bertujuan untuk memberikan permukaan solid pada objek (2D/3D)
yang tersusun atas partikel (mesh) kecil yang memiiki karakteristik (massa, density
dan lain – lain). Tidak semua bentuk memiliki hasil meshing yang bagus ( smooth),
terkadang ada beberapa bagian yang berlubang atau menonjol, ini bisa disebabkan oleh
permukaan (surface) yang kurng baik, untuk permukaan yang datar/kotak – kotak
dapat menggunakan mesh persegi, untuk permukaan yang melengkug atau
bergelombang dapat menggunakan mesh tetra.
9
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
12/19
c. Boundary Layer
Pengaruh gesekan akan menimbulkan lapisan batas dan akhirnya disebut
dengan boundary layer (lapisan batas). Boundary layer (lapisan batas) adalah suatu
lapisan yang terbentuk disekitar penampang yang dilalui oleh fluida tersebut, karena
mengalami hambatan yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti faktor gesekan,
dan efek- efek viskos.
2.2.3 Processing
Tahap ini dilakukan proses perhitungan data data input dengan persamaan yang
terlibat secara iterative, artinya perhitungan dilakukan dilaksanakan hingga hasil
menuju eror terkecil atau hingga mencapai nilai yang konvergen. Perhitungan
dilakukan secara menyeluruh terhadap volume kontrol dengan proses integrase
persamaan diskrit. Berikut adalah persamaan yang akan digunakan dalam
menggunakan CFD Fluent. [4]
Gambar 2.6 : Persamaan yang digunakan pada CFD Fluent.[4]
Adapun rumus bernauli yang digunakan pada proses simulasi yaitu:
Rumus untuk mencari faktor gesekan salah satunya adanya bilangan Reynold
dicari terlebih dahulu dengan menggunakan rumus [5]:
10
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
13/19
Dengan :
Re = Reynolds number, dimensionless.
= Liquid density, lb/ft^3
V = Liquid flow velocity
= pipe inside diameter, (Diameter hidrolik)
= liquid viscosity, lb/ft-sec, or
= centipoise devided by 1488, or
= (centistokes times specific grafity)
Devided by 1488.
2.2.4 Post Processor
Post-processor adalah tahap dimana penyajian dali hasil simulasi yang
dilakukan, yang dapat ditampilkan berupa grafik dan juga gambar – gambar yang
mewakilkan sifat airan yang terjadi pada simulasi.
11
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
14/19
BAB III
METODE
3.1 Langkah-Langkah Pengerjaan
Adapun langkah-langkah yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Studi literatur
2. Konsultasi dengan dosen pemimbing
3. Penentuan Spesifikasi dan diskusi dengan pihak perancang
4. Pengolahan data dan melakukan simulasi
5.
Penyempurnaan6. Pembuatan laporan
3.2 Deskripsi Kerja
Tugas Akhir ini merupakan analisa yang dilakukan pada Terowongan Angin
dengan cara melakukan simulasi pada software (CFD), membandingkan dan saling
melengkapi sebagai upaya perancangan Terowongan Angin rangkaian terbuka untuk
skala Lab, dengan Axial Fan yang sudah di tentukan. Dan diharapkan hasil yang akandicapai maksimal untuk aliran yang masuk kedalam sesi uji (test chamber).
12
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
15/19
3.3 Langkah Pengerjaan
NO
Pengolahan & Analisis
Data
Kesimpulan
Selesai
Simulasi
Mengumpulkan Data
Desain & Permodelan
Mulai
Input data untuk
simulasi
13
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
16/19
A. Pengumpulan Data
Pengumpulan data dilakukan dengan cara searching di internet, mencari
jurnal – jurnal dan buku referansi tentang Terowongan angin, terutama skala kecil,
yang dapat mendukung dan membantu dalam penyusunan tugas akhir.
B. Desain dan permodelan
Tahap ini akan dilakukan desain yang sudah dirancang oleh pihak perancang.
Permodelanyang akan dibuat mengikuti apa yang telah dirancang.
C. Input Data untuk Simulasi
Data – data yanag akan dimasukan kedalam software untuk melakukan
simulasi, merupakan input data yang telah disepakati dan diberikan oleh pihak
perancang, berupa keceepatan, tekanan, dan lain – lain.
D.
Simulasi
Proses yang dilakukan pada tahap simulasi ini yaitu, melakukan running pada
aplikasi yang digunakan dan melakukan pengaturan untuk mendapatkan hasil yang
diinginkan.
E.
Pengolahan dan Analisis Data
Output yang keluar setelah melakukan running pada simulasi, akan di susun
dengan rapih. Membandingkan hasil yang keluar dari berbagai macam bentuk
Terowongan Angin yang telah didesain, sehingga dapat menentukan desain mana
yang paling baik yang akan digunakan.
F. Kesimpulan
Data yang telah diolah dan disusun dengan rapih, akan diberikan kesimpulan
yang berisi pernyataan mengenai hasil Analisa menggunakan CFD tentang
mendesain Terowongan Angin.
14
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
17/19
Tabel 3.1 Jadwal Rencana Kerja
No Kegiatan
Febuari Maret April Mei Juni
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1. Studi Literatur
2.
Konsultasi
dengan dosen
pembimbing
3.
Penentuan
Spesifikasi dan
diskusi dengan
pihak perancang
4.
Pengolahan
Data dan
melakukan
simulasi
5. Penyempurnaan
6.
Pembuatan
Laporan
15
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
18/19
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Adnin Bin Mat Bahari, Muhammad, Design Construction, and Testing of an
Open Loop Low-Speed Wind Tunnel, A Report of Bachelor of Mechanical
Engineering, Faculty of Mechanical Engineering University Malaysia Pahang,
2012.
[2]. Miguel A. González Hernández(1), Ana I. Moreno López(1), Artur A.
Jarzabek(1), José M. Perales Perales(1), Yuliang Wu(2) and Sun Xiaoxiao(2),
Design Methodology for Quick and Low-Cost Wind Tunnel, (1) Polytechnic
University of Madrid, Spain and (2) Beijing Institute of Technology, China,
2013.
[3].
J. B. Barlow, W. H. Rae, Jr, A. Pope-Low Speed Wind Tunnel Testing. 1-John
Wiley & Sons (1999)
[4]. Fluid mechanics : fundamentals and applications / Yunus A. Çengel, John M.
Cimbala.—1st ed. p. cm.—(McGraw-Hill series in mechanical engineering),
2006.
[5]. API Recommended Practice 14E (RP 14E), 5th Edition, 1 Oktober. 1991
16
8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin
19/19
LAMPIRAN
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Biodata Diri
Nama : Azharyanto Fadhli
Jenis kelamin : Laki-laki
Tempat tanggal lahir : Jakarta, 15 Mei 1993
Status : Single
Kebangsaan : Indonesia
No. Kontak : 0812-8891-9501
Pendidikan
2015 – sekarang : Program Sarjana Teknik Mesin, Universitas Pancasila.
2011 – 2014 : D3 Teknik Mesin, Politeknik Negeri Jakarta.
Pengalaman Kerja
1. PT. Pustek E&T
September 2014 – sekarang
Jr. Mechanica Engineering & Drafter
17