KATA PENGANTAR Alhamdulillahirobbil’alamin, puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karuniaNya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Studi Experimental dan Numerik mengenai pengaruh perubahan kontur leading edge yang mengarah ke lowerside terhadap karekteristik aliran pada upperside pelat datar” yang merupakan salah satu syarat kelulusan dalam menempuh program S1-jurusan Teknik Mesin FTI - ITS Surabaya. Shalawat serta salam semoga senantiasa tersurat pada Nabi Muhammad SAW beserta keluarga dan sahabat. Kiranya penulis tidak akan mampu menyelasaikan Tugas Akhir ini tanpa bantuan, saran, dan dukungan dari brbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar – besarnya kepada : 1. Dr. Ing. Herman sasongko selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin FTI – ITS serta dosen pembimbing Tugas Akhir penulis, yang telah meluaangkan banyak waktu, tenaga, dan pikiran untuk membimbing dan memberi motivasi kepada kami. Terima kasih pula atas kesabarannya selama membimbing kami. 2. Bapak (Motivator terbesarku), Ibu, mbah, mbak eka, ulan, dan zakky, atas do’a dan dukungan yang diberikan baik moral maupun materiil serta kasih sayang yang tak habis – habisnya. 3. Prof. Dr. Ir. Triyogi Yuwono, DEA, Prof. Ir. Sutardi, M. Eng. Ph.D, dan Wawan Aries Widodo, ST, MT selaku dosen penguji Seminar Proposal serta Sidang Tugas Akhir yang telah banyak memberikan kritikdan saran demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. 4. Segenap Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin FTI – ITS yang telah banyak memberikan pelajaran bagi kami.
i
5. Seluruh Staff dan Karyawan Teknik Mesin FTI – ITS atas bantuan yang diberikan. Terutama bapak – bapak yang ada di parkiran, maaf sering mengganggu saat pengambilan data kemarin. Pak Nur dan Pak Tris makasih atas terselesaikannya benda uji kami. 6. Saras dan Pitoy, terimakasih atas kerjasama yang sangat mengesankan. Benu, makasih banyak atas bantuan yang diberikan selama ini sampai gak bisa disebutkan satu – satu. Ridho, suwun udah bantuin moles – moles yo… juga maaf atas kejailan – kejailan yang belum berakhir. Wulan, makasih sudah mau jadi “cukong” pengganti. Sutris, Piktor, Fahmi, Toni dan semua teman – teman yang banyak membantu saat pengambilan data. 7. Mas Dani Fitroh dan Erick Erlangga, makasih buat pelat datarnya serta bantuan dan saran – saran yang diberikan selama ini. 8. Nox, makasih sudah setia menunggu saat sidang dan jadi teman baikku dari maba sampai sekarang… “Semester depan ndang nyusul yo…”. Yuhu, makasih ya blezernya. Carex, printernya makasih ya… 9. Mas Dani, Suroto, dan semua teman – teman diCAE makasih sedah membantu dan mengajari kami. Ayo semangat belajar fluentnya… 10. Teman – teman HMM periode berapapun, makasih atas pelajaran dan semua kenangan yang diberikan. 11. Teman – teman M48, terimakasih atas kebersamaannya… yang tergabungdalam M-GAB segera lulus semuanya y…. “jangan terlalu cinta sama jurusan, sampai gak mau keluar”. Yang lulus semester ini, selamat dan sukses ya… kita ketemu di GRAHA SEPUH NOPEMBER. 12. Teman – teman F86, terima kasih atas keceriaan yang diberikan selama ini. Bicho, sory kamarya berantakan selama kerjain TA.
ii
13. Teman – teman YOSAKOI CLC-ITS, makasih sudah membantu menghilangkan suntuk, jenuh, dan stressku. Tetap semangat ya latihannya… Fight to ooh 3X!!!
Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga kritik dan saran sangat dibutuhkan untuk penyempurnaan Tugas Akhir. Akhirnya, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca dan seluruh pihak yang terkait. Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmatNya sehingga kita dapat terus berkreasi dan berinovasi positif untuk kemaslahatan bersama. Surabaya, Agustus 2009
Penulis
iii
*** Halaman ini sengaja di kosongkan***
iv
DAFTAR ISI Halaman JUDUL TITLE PENGESAHAN ABSTRAK ABSTRACK KATA PENGANTAR …………………………………… i DAFTAR ISI……………………………………………... v DAFTAR SIMBOL DAN SATUAN vii DAFTAR GAMBAR ………………………………......... Viii DAFTAR TABEL............................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang………………………. 1 1.2 Perumusan Masalah…………………. 4 1.3 Tujuan Penelitian……………………. 5 1.4 Batasan Masalah…………………….. 5 1.5 Manfaat Penelitian…………………... 5 1.6 Sistematika Penulisan……………....... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori………………………....... 7 2.1.1 Aliran Laminar dan Turbulent… 7 2.1.2 Konsep Boundary Layer……..... 7 2.1.3 Bilangan Reynold………......….. 10 2.1.4 Tekanan Statis, Tekanan Stagnasi, dan Tekanan Dinamis........................................ 11 2.1.5 Koeffisien Tekanan……..........… 13 2.1.6 Aliran Melintasi Silinder 14 Sirkular......................................... 2.1.7 Separation 16 Bubble………………………....... 2.2 Penelitian Terdahulu…….....………… 17
v
2.2.1 Penelitian menggenai silinder 17 Teriris........................................... 2.2.2 Penelitian leading edge pelat 20 datar………………….................. 2.2.3 Penelitian aliran melewati body dengan angle of attack ≠ 0o……. 32 2.3 Numerical Modeling ……………….... 35 2.3.1 Computational Fluid Dynamic.... 35 2.3.2 Driskripsi tentang RANS 37 Turbulensi................................... BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Benda Uji dan Skema Penelitian…….. 39 3.2 Peralatan Eksperimen…….………….. 43 3.3 Langkah Kerja……………………….. 45 3.4 Prosedur Pengambilan Data………….. 46 3.5 Pengolahan Data dan Analisa………... 46 3.6 Visualisasi Aliran………….....……… 47 3.7 Pendekatn Numerik ………………..... 49 3.8 Urutan Langkah Penelitian…………... 53 3.9 Alokasi Waktu Penelitian……….…… 54 BAB IV ANALISA DATA DAN DISKUSI 4.1 Evaluasi permodelan numerik ………. 55 Karakteristik Aliran pada masing – 4.2 57 msing benda Uji ……........................... 4.2.1 Benda Uji 1.................................. 58 4.2.1 Benda Uji 2.................................. 64 4.2.1 Benda Uji 3.................................. 71 4.3 Diskusi …………………..................... 78 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ………………………….. 89 5.2 Saran ……………………………........ 90 Daftar Pustaka……………………………………............. 91 Lampiran A……………………………………................. 93 Lampiran B ……………………………………................. 103
vi
DAFTAR SIMBOL & SATUAN
Өs
Sudut Pengirisan (o)
U∞
h
Lebar Potongan (m)
V
Cp t
Koefisien tekanan Tebal pelat (m) Panjang karakteristik (m) Percepatan gravitasi (m/s2)
Ө ∆P
g H
Shape factor
L
Panjang pelat (m)
P~ Po (P~)c (Ps)∞ Re
µ
Takanan statis aliran fluida (N/m2) Tekanan stagnasi (N/m2) Tekanan statis kontur (N/m2) Tekanan statis freestream (N/m2)
u δ δ* ρ∞ π
Bilangan Reynold
vii
Kecepatan freestream (m/s) Kecepatan lokal aliran (m/s) Momentum Tichness Perbedaan antara tekanan freestream dengan tekanan pada dinding (N/m2) Viskositas udara (Ns/m2) Gradient kecepatan aliran (s -1) Kecepatan lokal aliran (m/s) Boundary layer thickness Displacement thickness Masa jenis udara (Kg/m3) Group bilangan tak berdimensi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Ganbar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gamabr 2.15 Gambar 2.16 Gambar 2.17 Gambar 2.18 Gamabr 2.19 Gambar 2.20 Gambar 2.21
Boundary layer on flat plate Definisi ketebalan boundary layer Wall Pressure Tap Pitot Static Tube Mekanisme separasi aliran melewati silinder Transitional Separation Bubble Spesimen uji tipe D dan tipe I (Igarasi dan Shiba) Fenomena aliran hasil penelitian Benda Uji Grafik fungsi Strouhal Number terhadap Reynolds Number Distribusi Kecepatan rata – rata dan kecepatan fluktuatif Visualisasi Aliran Gambar profil penelitian (M. Yaghobi & S. Mahmoodi) Gambar profil kecepatan (M. Yaghobi & S. Mahmoodi) Grafik Shape Faktor (H) terhadap X/d (M. Yaghobi & S. Mahmoodi) Visualisasi Aliran melewati pelat datar dengan variasi Kontur Leading Edge Variasi L/H terhadap besarnya harga Cd yang dihasilkan Spesimen Uji pelat datar dengan leading edge berbentuk setengah lingkaran Grafik Cp terhadap x/L (Dani Fitroh) Grafik Shape Faketor terhadap x/L (Dani Fitroh) Profil Kecepatan Gabungan model Uji
viii
8 10 12 12 15 16 17 18 19 19 20 20 21 22 22
23 24 25 26 27 27
Gambar 2.22 Gambar 2.23 Gambar 2.24 Gambar 2.25 Gambar 2.26
Gambar 2.27 Gambar 2.28 Gambar 2.29 Gambar 2.30 Gambar 2.31 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9
ke-1, 2, 3 pada jarak pengukuran X/L=5/6 (Dani Fitroh) Hasil Visualisasi Aliran Melintasi Leading Edge (Dani Fitroh) Spesimen uji dengan variasi kelangsingan leading edge Grafik Cp terhadap x/L (Erick Erlangga) Grafik Shape Faketor terhadap x/L (Erick Erlangga) Profil Kecepatan Gabungan model Uji ke-1, 2, 3 pada jarak pengukuran X/L=5/6 (Erick Erlangga) Hasil Visualisasi Aliran Melintasi Leading Edge (Erick Erlangga) Vektor Kecepatan pada Sudet Serang 5o Vektor Kecepatan pada Sudet Serang 10o Vektor Kecepatan pada Sudet Serang 15o Blok digram simulasi cfd Model Benda Uji Pemasangan Pressure Tap pada benda uji Peletakan benda uji pada test section Wind Tunnel Pengukuran Profil Kecepatan aliran pada Benda Uji Skema Wind Tunnel yang digunakan Manometer yang digunakan dalam percobaan Daerah Visualisasi aliran Mashing pada Benda Uji dengan Jari – jari kelengkungan lowerside 5mm (α=5°) Mashing pada Benda Uji dengan Jari – jari kelengkungan lowerside 25mm
ix
28 29 30 31
31 32 33 34 34 36 40 41 42 42 44 44 48 50 50
Gambar 3.10
Gambar 3.11 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
(α=5°) Mashing pada Benda Uji dengan Jari – jari kelengkungan lowerside 40mm (α=5°) Flow Chart Penelitian Grafik distribusi Cp = f(sudut) silinder sirkular Strukturstreamline silinder sirkular d=60 (pandangan penuh) Strukturstreamline silinder sirkular d=60 (pandangan diperbesar) Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 5mm , pendekatan numeric (α=5°) Streamline aliran melewati Benda uji dengan jari – jari kelengkungan lowerside 5mm dari pendekatan numeric (α=5°) (a) pandangan penuh (b) diperbesar pada leading edge Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji dengan jari – jari kelengkungan lowerside 5mm, dari experiment (α=5°) Visualisasi aliran Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 5mm dari experiment (α=5°) Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 25mm dari pendekatan numeric (α=5°) Stream aliran melewati Benda uji dengan jari – jari kelengkungan lowerside 25mm dari pendekatan numeric (α=5°) (a) pandangan penuh (b) diperbesar pada
x
51 53 55 56 57
58
60
61
63
64
67
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Gambar 4.14
Gambar 4.15
Gambar 4.16
Gambar 4.17
Gambar 4.18
Gambar 4.19
leading edge Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 25mm dari experiment (α=5°) Visualisasi aliran Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 25mm dari experiment (α=5°) Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 40mm dari pendekatan numeric (α=5°) Stream aliran melewati Benda uji dengan jari – jari kelengkungan lowerside 40mm dari pendekatan numeric (α=5°) (a) pandangan penuh (b) diperbesar pada leading edge Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 40mm dari experiment (α=5°) Visualisasi aliran Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 40mm dari experiment (α=5°) Coefficient of pressure gabungan sepanjang kontur Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, pendekatan Numerik (α=5°) Coefficient of pressure gabungan sepanjang kontur Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, Experiment (α=5°) Velocity Profile gabungan Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, pendekatan Numerik (α=5°) Ilustrasi aliran melewati leading edge
xi
68
70
71
74
75
77
80
80
82 82
Gambar 4.20
Gambar 4.21
Gambar 4.22
Gambar 4.23
Gambar 4.24
Gambar 4.25
dengan variasi kelengkungan lowerside (a) R= 5mm, (b) R=25mm, dan (c) R=40mm Coefficient of pressure gabungan sepanjang kontur Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, pendekatan Numerik (α=10°) Coefficient of pressure gabungan sepanjang kontur Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, Experimen (α=10°) Streamline Aliran melewati Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 5mm (α=10°) Streamline Aliran melewati Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 25mm (α=10°) Streamline Aliran melewati Benda uji denganjari – jari kelengkungan lowerside 40mm (α=10°) Ilustrasi aliran melewati leading edge dengan variasi kelengkungan lowerside (a) R= 5mm, (b) R=25mm, dan (c) R=40mm
xii
85
86
86
87
87
88
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel 4.1
Ganchart Penelitian.................................. Nilai Boundary layer thickness, momentum thickness, dan shape factor ketiga benda uji yang di ambil pada X/L = 0,5 (sudut 173o) ...................................
xiii
Halaman 39
83
