SIDANG TUGAS AKHIR STUDI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK ALIRAN MELINTASI EMPAT SILINDER SIRKULAR YANG TERSUSUN SECARA IN-LINED DENGAN JARAK ANTAR SILINDER L/D = 4 DI DEKAT DINDING DATAR ”Studi Kasus Pengaruh Rasio Jarak Gap (G/D) = 0,8 ≤ G/D ≤ 1,0”
Jur usan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011
LATAR BELAKANG
Salah satu bentuk geometri bodi yang banyak digunakan dalam aplikasi teknik adalah silinder sirkular. Memfokuskan pada silinder sirkular dekat dinding datar untuk mengetahui karakteristik aliran dan efektivitas penggunaan.
PENELITIAN TERDAHULU
S.J. Price et.al (2001) Penelitian ini merupakan visualisasi aliran pada silinder sirkular di dekat dinding Hasilnya digolongkan 4 bagian yaitu :
Menggunakan 2 metode : 1. Flow Visualization 2. Particle Image Velocimetry
1.G/D ≤ 0,125 2.0,25 ≤ G/D ≤ 0,375 3.0,5 ≤ G/D ≤ 0,7 4.G/D ≥ 1
PENELITIAN TERDAHULU 0,5 ≤ G/D ≤ 0,75
Pengurangan ukurandaerah lower yang terseparasi Ukuran voertex aliran pada upper sudah sangat kecil Vortex shedding terjadi pada daerah lower silinder G/D ≥ 1
• Tidak terjadi separasi pada dinding • Aliran mulai simetri
PENELITIAN TERDAHULU
Hasbun Hadid (2010)
Re = 53000 Sudut iris (s) = 0, I-65 Jarak Gap = 0,533 ≤ G/D ≤ 1,00 dengan kenaikan G/D = 0,067
PENELITIAN TERDAHULU
Darmawan Noviantoro(2010)
• Susunan tandem • Variasi sudut potong silinder (θs) = 0o dan 53o • Jarak longitudinal (P/D) = 1,5
Grafik Cp=f(θ) Silinder sirkular upstream; downstream dengan Grafik Cp dinding pada G/D=0,8G/D1 rasio gap G/D =0,8 ; 0,867 ; 0,933 dan 1
PENELITIAN TERDAHULU
Wawan Aries Widodo, Triyogi Yuwono (2005)
• Adanya multi stagnation • shear layer pada silinder upstream dan downstream sudah berkurang • Efek bubble separation terjadi pada irisan silinder
PENELITIAN TERDAHULU
K.LAM & X. FANG (1994)
D silinder = 12,7 mm L (panjang) = 360 mm (L/D) yang divariasikan = 1,26 – 5,8 Sudut putar = 0- 45
Skema silinder disusun secara
In-lined arrangements square
interfrensi silinder 1 dan 2 kecil, wake terjadi pada silinder 3 dan 4 mengalami penurunan ketika L/D = 2.2 dan akan terus turun hingga pada L/D ≤ 2.2. Untuk α = 0 silinder 1 dan 4 memiliki harga CL negatif sebaliknya silinder 2 dan 3 memiliki harga CL positif
RESUME PENELITIAN Peneliti
Tahun
Benda Uji
G/D, G/B, T/D
Re
θs
M.M. Zdravkovich
1985
Silinder Sirkular dekat dinding
G/D 0 – 2 kali diameter
Re (besar) = 4,8 x104 Re (kecil) =(7,2 – 140)x104
0°
Price , et al.
2001
Silinder sirkular dekat dinding
G/D 0,125;0,25;0,5;1
Re PIV = 1900 Re FV = 1200-1400
0°
PIV dan Flow visualisation
0,533 ≤ G/D ≤ 1 T/D = 3
Re= 5,3x104
0°, 65°
2010
Silinder sirkular side by side dekat dinding
metode surface oilfilm
0,533 ≤ G/D ≤ 1 P/D=1,5
Re= 5,3x104
0°, 53°
2010
Silinder Sirkular Tandem dekat dinding
Oil flow picture
Empat silinder teriris tipe D 530
P/D = 1,5;2;2,5;3;3,5;4; 4,5;5; 5,5 T/D = 2
Hasbun Hadid
Darmawan Noviantoro
Wawan Ariws dan Triyogi Yuwono
2005
K. Lam dan X. Fang
1994
Empat silinder sirkular secara in-lined
L/D = 1,26 – 5,8
2011
4 Silinder sirkular tersusun in-line dan dekat dinding
0,8 ≤ G/D ≤ 1,0
Sekarang
Re = 6,9 x 104
Visualisasi
530
Metode Komputasi
Re =1,28 x 104
0°
Metode Komputasi.
Re= 5,4 x 104
0°
Oil flow picture
RUMUSAN MASALAH Wawan Aries Widodo, Triyogi Yuwono (2005)
Susunan in-lined dengan L/D=4 Silinder sirkular Re = 54.000 Variasi Rasio Gap 0,800≤G/D≤1,000
Karakteristik Aliran ? Pengaruh dinding ?
BATASAN MASALAH
Analisa dilakukan pada 4 silinder sirkular yang tersusun secara in-lined didekat pelat datar dengan L/D = 4 dan variasi gap 0,800 ≤ G/D ≤ 1,00 Fluida yang mengalir adalah udara dalam kondisi aliran steady, incompresible dan uniform pada sisi upstream, dengan bilangan Reynolds = 5,4 x 104
Kemungkinan terjadinya perpindahan panas dapat diabaikan.
METODE PENELITIAN
SKEMA PENELITIAN
CP f (
G ) D
CD f (
G ) D
CL f (
G ) D
PERALATAN
WIND TUNEL
PERALATAN
BENDA UJI & PELAT DATAR
Benda uji
Pelat datar Jumlah silinder : 4 buah Pressure tap : 72 lubang (berjarak 5 mengelilingi silinder utama) Variasi G/D : 0,800; 0,867; 0,933; 1,00 Bahan : pipa PVC Diameter ( D ) : 60 mm Panjang ( L ) : 660 mm
Panjang ( P ) : 1200 mm Lebar ( L ) : 660 mm Bahan : akrilik Tebal : 60 mm Pressure tap : 55 buah
PERALATAN
ALAT UKUR
Pressure tranducer
Data akuisisi
Manometer
Pitot static tube
PROSEDUR PENELITIAN
Kalibrasi Tranducer
P-Manometer (Pa)
Grafik P vs i P = 154.58 i - 1862.8
250 200 150 100 50 0 12,3
12,5
12,7 12,9 13,1 13,3 i-Tranducer (mA)
13,5
PROSEDUR PENELITIAN
Langkah Penelitian
PROSEDUR PENELITIAN
Visualisasi Aliran Visualisasi Dilakukan dengan Metode Oil flow picture pada Re = 5,4 x 104 Dengan perbandingan campuran Titanium powder : 4 Acid oleid : 16 Thinner A : 4 Silicon oil : 1
HASIL PENELITIAN
Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap Cylinder 1
Centerline G/D = 0.800
1,2
G/D = 0.867 Coefficien of Pressure (Cp)
0,8
G/D = 0.933 G/D = 0.1000
0,4 0 0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360
-0,4 -0,8 -1,2 -1,6
Sudut Contur (θ)
Koefisien Tekanan silinder sirkular yaitu Silinder 1 (silinder upstream bawah ) dengan variasi 0,8≤G/D≤1
G/D
Titik Stagnasi
0,8
350°
0,867
0,933
1
CTRL
Titik Separasi Upper
80°
Lower
270°
Upper
85°
Lower
270°
Upper
90°
Lower
265°
Upper
90°
Lower
270°
Upper
90°
Lower
270°
350°
355°
0°
350°
HASIL PENELITIAN
Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap Cylinder 2
Centerline G/D = 0.800
1,2
G/D = 0.867 Coefficien of Pressure (Cp)
0,8
G/D = 0.933 G/D = 0.1000
0,4 0 0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360
-0,4
-0,8 -1,2 -1,6
Sudut Contur (θ)
Koefisien Tekanan silinder sirkular yaitu Silinder 2 (silinder upstream bawah ) dengan variasi 0,8≤G/D≤1
G/D
Titik Stagnasi
0,8
350°
0,867
0,933
1
CTRL
Titik Separasi Upper
90°
Lower
270°
Upper
90°
Lower
275°
Upper
90°
Lower
275°
Upper
90°
Lower
270°
Upper
90°
Lower
270°
0°
0°
0°
350°
HASIL PENELITIAN
Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap
Coefficien of Pressure (Cp)
Cylinder 3
Centerline
0,4
G/D = 0.800
0,2
G/D = 0.867 G/D = 0.933
0 -0,2 0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360
G/D = 0.1000
-0,4 -0,6 -0,8 -1
G/D
Attachment
0,8
335°
-1,2 -1,4 -1,6 -1,8
Sudut Contur (θ)
Koefisien Tekanan silinder sirkular yaitu Silinder 3 (silinder upstream bawah ) dengan variasi 0,8≤G/D≤1
0,867
0,933
1
CTRL
Titik Separasi Upper
130°
Lower
230°
Upper
130°
Lower
230°
Upper
130°
Lower
220°
Upper
135°
Lower
220°
Upper
130°
Lower
230°
340°
340°
335°
350°
HASIL PENELITIAN
Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap
Coefficien of Pressure (Cp)
Cylinder 4
Centerline
0,2
G/D = 0.800
0
G/D = 0.867
-0,2
0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360
G/D = 0.933 G/D = 0.1000
-0,4 -0,6 -0,8
G/D
Attachment
0,8
335°
-1 -1,2 -1,4
Sudut Contur (θ)
Koefisien Tekanan silinder sirkular yaitu Silinder 4 (silinder upstream bawah ) dengan variasi 0,8≤G/D≤1
0,867
0,933
1
CTRL
Titik Separasi Upper
125°
Lower
230°
Upper
130°
Lower
230°
Upper
135°
Lower
230°
Upper
135°
Lower
230°
Upper
120°
Lower
225°
335°
335°
330°
350°
HASIL PENELITIAN G/D = 0,800
Visualisasi Aliran Upper
65°
Lower
270°
Upper
60°
Lower
265°
Upper
100°
Lower
240°
Upper
110°
Lower
250°
Silinder 3
Lower
345°
Silinder 4
Lower
355°
Silinder 1
Silinder 2 Separasi massive Silinder 3
Silinder 4 Attachment
Hasil visualisasi aliran melintasi empat silinder sirkular yang tersusun in-line dan didekatkan pada dinding datar dengan variasi G/D = 0,800 (Sp=Titik Separasi; St=Titik Stagnasi; At=Attachment; Fws=Forward Shear Layer; Bws=Backward Shear Layer)
HASIL PENELITIAN G/D = 0,867
Visualisasi Aliran Upper
70°
Lower
270°
Upper
70°
Lower
270°
Upper
110°
Lower
245°
Upper
120°
Lower
255°
Silinder 3
Lower
345°
Silinder 4
Lower
350°
Silinder 1
Silinder 2 Separasi massive Silinder 3
Silinder 4 Attachment
Hasil visualisasi aliran melintasi empat silinder sirkular yang tersusun in-line dan didekatkan pada dinding datar dengan variasi G/D = 0,867 (Sp=Titik Separasi; St=Titik Stagnasi; At=Attachment; Fws=Forward Shear Layer; Bws=Backward Shear Layer)
HASIL PENELITIAN G/D = 0,933
Visualisasi Aliran Upper
75°
Lower
280°
Upper
80°
Lower
280°
Upper
110°
Lower
255°
Upper
105°
Lower
245°
Silinder 3
Lower
345°
Silinder 4
Lower
350°
Silinder 1
Silinder 2 Separasi massive Silinder 3
Silinder 4 Attachment
Hasil visualisasi aliran melintasi empat silinder sirkular yang tersusun in-line dan didekatkan pada dinding datar dengan variasi G/D = 0,933 (Sp=Titik Separasi; St=Titik Stagnasi; At=Attachment; Fws=Forward Shear Layer; Bws=Backward Shear Layer)
HASIL PENELITIAN G/D = 1,00
Visualisasi Aliran Upper
75°
Lower
270°
Upper
70°
Lower
270°
Upper
105°
Lower
245°
Upper
120°
Lower
265°
Silinder 3
Lower
345°
Silinder 4
Lower
355°
Silinder 1
Silinder 2 Separasi massive Silinder 3
Silinder 4 Attachment
Hasil visualisasi aliran melintasi empat silinder sirkular yang tersusun in-line dan didekatkan pada dinding datar dengan variasi G/D = 1,00 (Sp=Titik Separasi; St=Titik Stagnasi; At=Attachment; Fws=Forward Shear Layer; Bws=Backward Shear Layer)
HASIL PENELITIAN
Gaya Drag & Lift CDP & CLP silinder 1
CDP & CLP silinder 2 1,5
1,0
Clp Sil.1 CLp Centerline CDp Sil.1 CDp Centerline
0,5
0,0 0,800 0,867 0,933 1,000
Nilai CLp dan CDp
Nilai CLp dan CDp
1,5
1,0 Clp Sil.2 CDp Sil.2 0,0
G/D
0,867
0,933
1,000
G/D
CDP & CLP silinder 4 1,5
1,0
Clp Sil.3 CLp Centerline CDp Sil.3
0,5
CDp Centerline
Nilai CLp dan CDp
1,5 Nilai CLp dan CDp
CDp Centerline 0,800
-0,5
CDP & CLP silinder 3
CLp Centerline
0,5
1,0 Clp Sil.4 CDp Sil.4
0,867
0,933
G/D
1,000
CDp Centerline
0,0 0,800 0,867 0,933 1,000
0,0 0,800
CLp Centerline
0,5
-0,5
G/D
HASIL PENELITIAN
Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap Velocity Profile 1 Centerline G/D = 0.800 0,8
G/D = 0.867 G/D = 0.933
Grafik Cp = f( x/D) dinding datar dengan diletakkan empat silinder sirkular pada variasi 0,8≤G/D≤1
G/D = 0.1000
Dinding
y/h
0,6
0,6
0,4
0,2
Coefficien of Pressure (Cp)
0,4 0,2 Centerline G/D = 0.800
0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 u/Umax
Grafik Profil Kecepatan empat silinder pada variasi 0,8≤G/D≤1
G/D = 0.867 G/D = 0.933
-0,2
G/D = 0.1000
Tanpa Susunan
-0,4
-0,6 -0,8
x/D
TERIMA KASIH MOHON SARAN DAN KRITIK DEMI KESEMPURNAAN TUGAS AKHIR
