SKRIPSI
KONTUR TEKANAN STATIS PADA DINDING SEPANJANG LALUAN FLUIDA SUATU KASKADE KOMPRESOR AKSIAL BLADE TIPE NACA 65-(18)10 DENGAN SUDUT SERANG BERVARIASI
Oleh : Made Krisna Mahardika 0404305022
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2008
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI Kampus Bukit Jimbaran
Telp. 0361-703321
Fax. 0361-703321
KONTUR TEKANAN STATIS PADA DINDING SEPANJANG LALUAN FLUIDA SUATU KASKADE KOMPRESOR AKSIAL BLADE TIPE NACA 65-(18)10 DENGAN SUDUT SERANG BERVARIASI
Skripsi ini diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Studi Strata Satu dan memperoleh gelar sarjana di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana Oleh: Nama : Made Krisna Mahardika NIM : 0404305022 Bidang Keahlian : Konversi Energi
Telah disetujui dan diuji dalam sidang Tugas Akhir Hari/Tanggal: Sabtu/19 April 2008
Pembimbing I
Pembimbing II
(Ir. A.A. Adhi Suryawan, MT) NIP. 131 954 659
(Ainul Ghurri ST, MT) NIP. 132 176 166
Mengesahkan Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universits Udayana
(Ir. Made Suarda, MEng) NIP. 131 882 090
ii
LEMBAR PERSETUJUAN SKRIPSI Kampus Bukit Jimbaran
Telp. 0361-703321
Fax. 0361-703321
KONTUR TEKANAN STATIS PADA DINDING SEPANJANG LALUAN FLUIDA SUATU KASKADE KOMPRESOR AKSIAL BLADE TIPE NACA 65-(18)10 DENGAN SUDUT SERANG BERVARIASI
Skripsi ini diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Studi Strata Satu dan memperoleh gelar sarjana di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana Oleh: Nama : Made Krisna Mahardika NIM : 0404305022 Bidang Keahlian : Konversi Energi
Telah disetujui dan diuji dalam sidang Tugas Akhir Hari/Tanggal: Sabtu/19 April 2008
Menyetujui, Pembimbing I
Pembimbing II
(Ir. A.A. Adhi Suryawan, MT) NIP. 131 954 659
(Ainul Ghurri ST, MT) NIP. 132 176 166 Dosen Penguji
(Si Putu Gede Gunawan Tista, ST, MT) NIP. 132 130 364
(Ir. Nengah Suarnadwipa, MT) NIP. 132 011 671
(Ketut Astawa ST, MT) NIP. 132 175 617
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa pada skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar keserjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Bukit Jimbaran, 18 Maret 2008
(Made Krisna Mahardika) NIM:0404305022
iv
KONTUR TEKANAN STATIS PADA DINDING SEPANJANG LALUAN FLUIDA SUATU KASKADE KOMPRESOR AKSIAL BLADE TIPE NACA 65-(18)10 DENGAN SUDUT SERANG BERVARIASI Oleh : Made Krisna Mahardika Dosen Pembimbing : Ir. A.A. Adhi Suryawan, MT Ainul Ghurri ST. MT ABSTRAKSI Performansi kompressor aksial sangat dipengaruhi oleh aliran fluida yang melintasi blade, casing, dan hub. Demi tercapainya performansi yang optimal diperlukan suatu pemahaman terhadap aliran fluida yang melewati desain blading tersebut yang mana dapat dilakukan dengan mengetahui kontur tekanan statis pada dinding sepanjang laluan fluida suatu kaskade kompresor aksial. Untuk memahami karakteristik aliran yang terjadi, dilakukan penelitian terhadap tekanan statis pada dinding salah satu tipe blade yaitu NACA 65-(18)10. Pada penelitian, sudu akan dipasang dengan tiga konfigurasi kaskade yaitu angle of attact (α)= 00, 50, 100 , air inlet angle (β)= 500, 550, 600 dan stagger angle (γ)= 500 dengan titik pengukuran sepanjang chord satu space,dengan jarak 5 mm sepanjang chord dan 5 mm pada space. Dari hasil penelitian berupa kontur tekanan statis pada dinding menunjukkan semakin besar sudut serang (α) = 50 dan (α) = 100, separasi semakin besar terjadi pada suction side sehingga dengan semakin besarnya separasi yang terjadi maka terjadi suatu aliran balik (back flow) dari pressure side menuju suction side yang disebabkan oleh adverse pressure gradient yang terjadi semakin besar. Kata kunci : Kaskade, Sudut Serang, Tekanan Statis, Separasi, Back Flow, Adverse Pressure Gradient, Desain Blading.
v
STATIC PRESSURE CONTOUR AT WALL ALONG THE LENGTH OF FLUID FLOW A CASCADE COMPRESSOR AXIAL BLADE TYPE NACA 65-(18) 10 WITH ANGLE OF ATTACK VARIES Author Guidance
: Made Krisna Mahardika : Ir. A. A. Adhi Suryawan, MT Ainul Ghuri ST, MT ABSTRACT
Performance compressor axial hardly influenced by getting through fluid flow blade, casing and hub. Reach out for optimal performance is required an understanding to fluid flow passing blading design is which can be done given the static pressure contour at wall along the length of fluid pass a cascade compressor axial. To comprehend flow characteristic happened, done research to static pressure at wall one of type blade that is NACA 65–(18)10. At research, blade will be attached with three cascade configurations that is angle of attack (α) = 00, 50, 100, air inlet angle (β) = 500, 550, 600 and stagger angle (γ) = 500 with point of gauge along the length of chord one space, with distance 5 mm along the length of chord and at space is 5 mm. From result of research in the form of static pressure contour at wall indicate increasingly of angle of attack (α) = 00, (α) = 100, ever greater separation happened at suction side so that increasingly level of separation happened hence a reverse flow (back flow) from pressure side towards suction side which caused by adverse pressure gradient happened ever greater. Keywords : Cascade, angle of attack, static pressure, separation, back flow, adverse pressure gradient, blading design.
vi
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widi Wasa karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis bisa menuangkan semua ide, pikiran dan gagasan dalam Skripsi yang berjudul “Kontur Tekanan Statis Pada Dinding Sepanjang Laluan Fluida Suatu Kaskade Kompresor Aksial Blade Tipe Naca 65-(18)10 dengan Sudut Serang Bervariasi”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penulisan Skripsi penulis banyak mendapat bantuan dan dorongan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. I Wayan Redana, So, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. Made Suarda, MEng, selaku Ketua jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. A.A Adhi Suryawan, MT, selaku dosen pembimbing I. 4. Bapak Ainul Ghurri, ST, MT, selaku dosen pembimbing II 5. Bapak Ir I.G.N. Priambadi, MT, selaku pembimbing akademik. 6. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan dukungan dalam penulisan Skripsi ini. 7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis sangat terbuka untuk menerima semua kritik dan saran yang bersifat membangun agar skripsi ini nantinya dapat berguna untuk mahasiswa dan terlebih lagi bagi masyarakat luas.
Bukit Jimbaran,
Penulis
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN................................................................................... LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................... HALAMAN PERNYATAAN............................................................................... ABSTRAKSI......................................................................................................... ABSTRACT.......................................................................................................... KATA PENGANTAR........................................................................................... DAFTAR ISI.......................................................................................................... DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................... DAFTAR BAGAN................................................................................................. DAFTAR NOTASI................................................................................................. I.
II.
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang................................................................................ 1.2 Rumusan Masalah........................................................................... 1.3 Batasan Masalah............................................................................. 1.4 Tujuan Penelitian........................................................................... 1.5 Manfaat Penelitian.........................................................................
ii iii iv v vi vii viii ix x xi xii
1 3 3 3 3
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kompresor Aksial.......................................................................... 4 2.2 Kaskade.......................................................................................... 4 2.3 Udara.............................................................................................. 14
III. METODE PENELITIAN 3.1 Peralatan Penelitian....................................................................... 20 3.2 Prosedur Penelitian....................................................................... 23 3.4 Alur Penelitian.............................................................................. 27 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian............................................................................. 28 4.2 Pengolahan Data........................................................................... 30 4.3 Analisa Data.................................................................................. 31 V.
KESIMPULAN DAN PENUTUP 5.1 Kesimpulan .................................................................................. 37 5.2 Saran............................................................................................. 37
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................... LAMPIRAN 1....................................................................................................... LAMPIRAN 2....................................................................................................... LAMPIRAN 3.......................................................................................................
38 39 70 77
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Kerugian pada Kompresor aksial........................................................ Gambar 2.1. Satu Stage Linear Compresor Cascade............................................... Gambar 2.2. Terminologi Profil Standar................................................................. Gambar 2.3. Hubungan Antara Angle of Attack dengan Stagger Angle ................ Gambar 2.4. Bidang Ukur 2D, di Tengah Span....................................................... Gambar 2.5. Konfigurasi Kaskade 2D..................................................................... Gambar 2.6. Cascade Characteristic........................................................................ Gambar 2.7. Aliran Sekunder pada Daerah Wall..................................................... Gambar 2.8. Lapisan Batas...................................................................................... Gambar 2.9. Aliran Boundary layer dengan Gradiasi Tekanan............................... Gambar 3.1. Wind Tunnel....................................................................................... Gambar 3.2. Pengukuran Tekanan Stagnasi dan Tekanan Statis Secara Simultan........................................................... Gambar 3.3. Inclined Manometer............................................................................. Gambar 3.4. Kaskade Kompresor............................................................................. Gambar 3.5. Titik Pengukuran Sepanjang Chord..................................................... Gambar 3.6. Titik Pengukuran Sepanjang Space (s)................................................ Gambar 4.1. Kontur Tekanan Statis pada Dinding Sepanjang Laluan Fluida γ= 500 ; α= 00 ; β1= 500........................................................................ Gambar 4.2. Kontur Tekanan Statis pada Dinding Sepanjang Laluan Fluida γ= 500 ; α= 50 ; β1= 550........................................................................ Gambar 4.3 Fenomena Aliran pada Blade Tunggal, [4]........................................... Gambar 4.4. Kontur Tekanan Statis pada Dinding Sepanjang Laluan Fluida γ= 500 ; α= 100 ; β1= 600.....................................................................
2 5 7 8 10 10 11 14 16 19 21 22 23 24 25 25 31 32 33 34
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Hasil Pengukuran ........................................................................ 40 Lampiran 2. Pengolahan Data Pada Matlab 7.......................................................... 70 Lampiran 3. Peralatan Penelitian............................................................................... 75
x
DAFTAR BAGAN
Bagan 1. Alur Penelitian.......................................................................................
27
xi
DAFTAR NOTASI α γ β β1 β2 Δβ Cp Ps PD Pt θ t l Ek m V ρ Re SG S CL CD b a Φ
ψ
∆p/q1
ξv μ W C U Cx Cy
Sudut Serang Sudut Stagger Sudut Sudu Air Inlet Angle Air Outlet Angle Defection Koeffisien Tekanan Tekanan Statis (N/m2) Tekanan Dinamis (N/m2) Tekanan Total (N/m2) Chamber Angle Airfoil Thickess Chord Energi Kinetik (N.m) Massa (kg) Kecepatan Relatif Aliran (m/s) Densitas (kg/m3) Bilangan Reynold Specific Grafity Space Koefisien Lift Koefisien Drag Chamber Maksimum Posisi Chamber Maksimum Flow Coefficient Stage Loading Perbedaan Tekanan Statis Aliran Keluar dan Masuk Total Pressure Loss coefficient Axial Velocity Ratio Kecepatan Relatif Kecepatan Sudut Blade Speed Kecepatan Sudut dalam Arah x Komponen Sudut dalam Arah y
xii
