SEMINAR NASIONAL Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri Ke-17

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri Ke-17 ISBN: 978-979-95620-7-4 Kantor Pusat Fakultas Teknik UGM Yogyakarta, 16 Mei 2011

Pusat Studi Ilmu Teknik Jurusan Teknik Mesin dan Industri Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke-17 Yogyakarta, 16 Mei 2011 ISBN: 978-979-95620-7-4

Editor: 1. Dr. Fauzun, ST, MT 2. Prof. Dr. Ing. Ir. Harwin Saptoadi, MSE 3. Dr. Ir. Aswati Mindaryani, MSc. 4. Dr. Ir. Rini Dharmastiti, MSc 5. Ir. Suprihastuti SR, MSc. 6. Prof. Dr. Ir. Rochmadi, SU 7. Dr. Ir. I Made Suardjaja, MSc, PhD 8. Dr. Ir. Hary Sulistyo, SU 9. Dr. Ir. Sarto, MSc 10. Dr. M. Noer Ilman, ST, MSc 11. Dr. M.K. Herliansyah, ST, MT

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 17 © 2011, Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Pusat Studi Ilmu Teknik, Universitas Gadjah Mada – Yogyakarta ISBN

: 978-979-95620-7-4

Alamat : Pusat Studi Ilmu Teknik UGM Jl. Teknika Utara, Barek, Kampus UGM, Yogyakarta 55281 Telpon : (0274) 565834, 902287 Fax : (0274) 565834 E-mail : [email protected] ii


KATA PENGANTAR Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi Di Bidang Industri yang ke 17 yang dilaksanakan tanggal 16 Mei 2011, bertempat di Kantor Pusat Fakultas Teknik UGM merupakan seminar rutin yang diselenggarakan oleh Pusat Studi Ilmu Teknik (PSIT) Universitas Gadjah Mada. Seminar ini terlaksana atas kerjasama antara PSIT UGM dengan Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik UGM. Seminar nasional ini merupakan forum diskusi dan tukar informasi bagi para peneliti, praktisi di bidang industri dan diharapkan dapat menghasilkan interaksi yang sinergis antara akademisi dan praktisi sehingga dapat mempercepat peningkatan laju perkembangan industri nasional. Dalam seminar ini telah disampaikan 59 makalah yang terbagi dalam sub topik : Bahan Teknik dan Mekanika Bahan, Perpindahan Panas dan Massa, Teknik Reaksi dan Teknik Pembakaran, Mekanika Fluida, Pengolahan Limbah Industri dan Lingkungan, Teknik Industri dan Kendali Proses. Prosiding seminar ini diharapkan dapat memberikan informasi perkembangan yang paling mutakhir dalam bidang riset dan teknologi di bidang industri di Indonesia. Panitia telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyusun semua makalah dalam bentuk prosiding yang representatif, namun masukan dan kritik dari para pembaca masih sangat diharapkan. Seminar ini dapat terlaksana dengan sukses berkat partisipasi dan bantuan dari berbagai pihak. Panitia mengucapkan terima kasih kepada para pemakalah, para peserta dan sponsor (GE Lighting) serta semua pihak yang telah membantu penyelenggaraan acara seminar.

Yogyakarta, 20 Juni 2011

Panitia Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi Di Bidang Industri ke 17

iii


DAFTAR ISI Kata Pengantar

iii

Daftar Isi

iv

BAHAN TEKNIK - MEKANIKA BAHAN 1

2

3 4

5

6 7

8

9

10

11

12

13

Perancangan Struktur Tabung Motor Roket RX 150 LAPAN Akibat Beban Termal Dan Tekanan Agus Budi Djatmiko Perhitungan Frequensi Natural Pada Sirip Roket RX 420 Dengan Metode HOLZER Agus Budi Djatmiko Penggunaan Image Analyzer untuk Metalografi Anom Priyanto, Irawan Palgunadi Karakteristik Kekuatan Tarik Core Partikel Sabut Kelapa Dengan Matriks Urea Formaldehid Catur Pramono, Jamasri, dan Soekrisno Pengaruh Parameter Pemesinan Terhadap Burr Height Pada Operasi CNC End Milling Handoko, Greg. Sukartono Pembuatan Prototipe Roundbar High Tensile Steel Hari Ismawan dan Agustine Setiawan Pengaruh Tegangan, Jarak, dan Durasi Proses Electropolishing (EP) Terhadap Kekasaran Permukaan Baja Tahan Karat AISI 316L Ishak dan Suyitno Polisi Tidur Pembangkit Energi Listrik Marius Galih Jatikusuma, Paul Alexander Budi Gunawan, Abimael Sony Yudhokusumo, Eka Prasetiya, Tejo Dona Rindang, Budi Sugiharto Pembuatan Membran Komposit Pervaporasi PES – Kitosan Untuk Dehidrasi Bioethanol Mumpuni Asih Pratiwi, Bambang Pramudono dan Heru Susanto Analisis Kinerja Motor Roket ROKET RX 250/2000 Propelan HTPB Konfigurasi Bintang Tujuh Sauman Hasil Uji Tarik Bahan Stainless Steel 17-7PH Sebagai Validasi Kekuatan Tabung Motor Roket RX-550 LPN Terhadap Beban Internal Pressure dan Thermal Pressure Setiadi Pengaruh Pemanasan Selama Pengelasan Terhadap Sifat Mekanik Hasil Pengelasan Baja K100 Special K Subarmono dan Benedictus Dian Anggara Karakteristik Sifat Mekanis Dan Damping Capacity Tin Bronze Sebagai Material Musik I Ketut Gede Sugita, R. Soekrisno, I Made Miasa, Suyitno

iv

BTMB – 1

BTMB – 8

BTMB – 14 BTMB– 20

BTMB – 28

BTMB - 34 BTMB – 41

BTMB – 47

BTMB – 51

BTMB – 56

BTMB – 62

BTMB – 68

BTMB – 73


14 Pengaruh Variasi Tegangan, Temperatur dan Waktu Nickel Electroplating Terhadap Tebal Lapisan, Kekerasan dan Laju Korosi Pada Baja Karbon Rendah Viktor Malau dan Setia Hadi Nugroho 15 Karakterisasi Kekerasan dan Laju Korosi Lapisan Chromate Coating pada Logam Aluminium Viktor Malau dan Bambang Hari Priyambodo 16 Pengaruh Inhibitor Kalium Kromat (K2CrO4) Terhadap laju Korosi Pada Aluminium Paduan 2024-T3 Di Lingkungan Air Laut Waris Wibowo, Mochammad Noer Ilman 17 Pengelasan Baja Karbon ST 37 Dengan Metoda Friction Welding (FW) Terhadap Sifat Mekanik Widia Setiawan dan Nugroho Santoso

BTMB – 78

BTMB – 87

BTMB – 95

BTMB – 102

MEKANIKA FLUIDA 18 Studi Karakteristik Pancaran Jet Dengan Bantuan Instalasi Analogi Hidrolik Abdul Makhsud 19 Karakteristik Ketebalan Film Dan Fenomena Hydraulic Jump Look Like Dalam Aliran Berlawanan Arah Vertikal Mahmuddin, Samsul Kamal, Indarto, Purnomo 20 Studi Numerik Energi Gesekan Torsi Pada Aliran Taylor-Couette Dengan Aliran Aksial Budi Nugraha, Sutrisno, dan Prajitno 21 Karakteristik Fluktuasi Perbedaan Tekanan Aliran Slug Gas-Cair dalam Pipa Horisontal Budi Santoso, Indarto, Deendarlianto, Thomas S. W. 22 Kajian Eksperimental Optimasi Tipe Lekuk Sudu Turbin Pelton Sudu Basis Konstruksi Elbow Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Sahid 23 Simulasi Numerik Aliran Disekitar Tiang Lampu Penerangan Jembatan Subagyo 24 Fungsi airship dalam mendukung pembangunan Subagyo 25 Analisis Fluktuasi Tekanan Pada Saluran Pipa Aliran Dua Fase AirUdara Dengan Dan Tanpa Bocor Suwidodo, Budi Santoso, Purnomo, Indarto.

MF – 1

MF – 9

MF– 15

MF– 21

MF– 27

MF- 33 MF- 38 MF- 44

PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI DAN LINGKUNGAN 26 Penggunaan Mineral Kaolinit Untuk Pengolahan Limbah Cair Industri Tekstil di Leuwigajah Cimahi Ate Romli 27 Pengolahan Limbah Cair Industri Proses Elektrokoagulasi Kontinyu Bambang Hari Prabowo

v

PL – 1

PL – 8


28 Sakarifikasi dan Ko-Fermentasi Serentak Reject Pulp Menjadi Bioetanol Menggunakan Enzim Selulase- Xilanase serta Kombinasi S. cerevisiaseP. Stipitis Chairul, Titania Nugroho, Misri Gozan, Said Zul Amraini, Sri Rezeki Muria, Muhammad Rifai 29 Studi Pilot Daur Ulang Air Limbah Kilang Minyak untuk Air Pendingin dengan Sistem Membran Terintegrasi I Nyoman Widiasa, Asteria Apriliani Susanto dan Heru Susanto 30 Experience Shared Program Cooling Water Treatment Untuk Continues Ammonia Contamination Pada Cooling Water System Iswahyudi Mertosono, Kasmadi, William M. Sembiring 31 Analisis Non Product Output Dalam Rangka Penerapan Produksi Bersih Di Berbagai Industri Lieke Riadi 32 Sintesis Zeolit Dari Abu Sekam Padi Dengan Microwave Sebagai Adsorben Limbah Logam Tembaga Malik Musthofa, Indra Lukman 33 Optimalisasi Proses Pengolahan Air Limbah Domestik Di TOTAL E&P INDONESIE (TEPI) Kalimantan Timur Riana Rahmaningrum, Novy Pralisa Putri, Kemas Adrian 34 Penurunan Kebutuhan Oksigen Kimiawi (KOK) Air Limbah Dengan Memanfaatkan Air Limbah Pemucat Di Industri Tekstil ATBM Sarto, I Made Bendiyasa, Yustina Rusnawati

PL – 15

PL – 21

PL – 27

PL - 33

PL – 38

PL – 44

PL – 49

PERPINDAHAN KALOR DAN MASSA 35 Transfer Massa Disertai Reaksi Kimia Pada Absorbsi H2S Menggunakan Larutan Fe-EDTA Endang Kwartiningsih, Arif Jumari, Anisya D.S, Sugihartati, Eka P.W, Sumarni 36 Kesetimbangan Adsorpsi Senyawa Kompleks Zirkonium Sulfat pada Resin Dowex 1 X8 Gde Pandhe Wisnu Suyantara, Wahyudi Budi Sediawan, Moch. Setyadji, Indra Perdana 37 Isoterm Adsorpsi Ion Logam Tembaga Dalam Pengolahan Limbah Cair Menggunakan Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB) Secara Batch Kusmiyati, Dwi Megawati, Denny Vitasari

PKM – 1

PKM – 8

PKM – 12

TEKNIK INDUSTRI 38 Analisis Sistem Saluran Cetakan Terhadap Cacat Produk Dengan Moldflow Ahmad Syuhri, Hari Arbiantara, Bakti Surya Atmaja 39 Penentuan Jarak Optimal Antara Helm Dan Kepala Dari Sudut Pandang Kenyamanan Thermal Pada Helm Tentara Andung Jati Nugroho, Heru Santoso B.R, Rini Dharmastiti

vi

TI – 1

TI – 6


40 Aplikasi Ergonomi Partisipatori Untuk Meningkatkan Produktivitas Di Bagian Pencetakan PT. ED ALUMINIUM Yogyakarta Hafzoh Batubara dan Rini Dharmastiti 41 Pengaruh Temperatur, Pakaian Dan Jenis Kelamin Terhadap Short Term Memory Idham Halid Lahay, Rini Dharmastiti 42 Pengaruh Lama Waktu dan Interval Istirahat Terhadap Produktivitas Pekerja Mahrus Khoirul Umami, Subagyo 43 Analisis Kesuksesan Produk Minuman Suplemen Mathilda Sri Lestari, Subagyo 44 Pengembangan Alat Ukur Komponen Teknologi pada Industri Kerajinan dengan Metode Teknometrik (Studi kasus pada industri kerajinan batik di Yogyakarta) Melani Anggraini, M. Arif Wibisono, Andi Sudiarso, dan Addin Suwastono 45 Integrasi Statistical Process Control dan Metode Taguchi dalam Meningkatkan Produktivitas Perusahaan Rr. Vyka Nurdia Mangalia, Fauzun 46 Hubungan Faktor Risiko Lingkungan Fisik Dengan Kelelahan Tenaga Kerja Di Industri Konveksi RM Tailor Yogyakarta Pretty Bettyana Kusuma Wardani, Heru Subaris Kasjono, Yamtana 47 Peran Riset Dan Teknologi Dalam Meningkatkan Daya Saing PT KRAKATAU STEEL Fazwar Bujang dan Koesnohadi

TI – 12

TI – 19

TI – 25

TI – 31 TI – 37

TI – 44

TI – 54

TI – 60

TEKNIK REAKSI DAN TEKNIK PEMBAKARAN 48 Karakterisasi Biobriket Campuran Sampah Organik dan Bungkil Jarak (Jatropha curcas L.) Dengan Menggunakan Perekat Tapioka dan Tar Eddy Kurniawan, Wahyudi Budi Sediawan, Muslikhin Hidayat 49 Pengaruh Variasi Lubang Air Jet Pada Karburator Sepeda Motor 4 Langkah Terhadap Kemampuan Mesin. Harjono dan Budi Basuki 50 Mekanisme Perambatan Gelombang Detonasi Campuran Gas HidrogenOksigen Dengan Diluent Argon Di Belakang Plat Dengan Orifice Ganda Jayan Sentanuhady, Teofilus Hartono, dan Rizqi Fitri Naryanto 51 Peningkatan Konversi Umbi Iles-iles Menjadi Bioetanol Dengan Steam Pretreatment Bahan Baku Kusmiyati dan Adik Dwi Utomo 52 Peningkatan Produk Bioetanol Dari Umbi Iles-iles Melalui Hidrolisis Asam Dan Metode SSF (Sakarifikasi Dan Fermentasi Secara Serentak) Kusmiyati, Agus Dwi Harjanto 53 Pengaruh Konsentrasi Substrat Pada Proses Produksi Hidrogen Secara Fermentasi Anaerobik Menggunakan Enterobacter Aerogenes Mitha Dwiana Dewi, Nadiem Anwar, Arief Widjaja, Sugeng Winardi 54 Pengaruh Variasi Temperatur Awal Tungku Terhadap Karakteristik Pembakaran Briket Arang Sampah Kota (MSW) Terseleksi Novi Caroko, Harwin Saptoadi vii

TRTP – 1

TRTP – 7

TRTP – 13

TRTP – 19

TRTP – 25

TRTP – 31

TRTP – 35


55 Kinetika Pelarutan Silika Geothermal dalam Larutan Natrium Hidroksida Nurdin Riyanto, P. Sumardi, Indra Perdana 56 Proses Mikroenkapsulasi Dengan Resin Urea-Formaldehid: Pengaruh pH Puspita Nurlilasari, Rochmadi, Wahyu Hasokowati, dan Agus Prasetya 57 Penyala Mula Roket Sigare Burning D = 200 mm Sauman 58 Pengaruh Penggunaan Electric Fuel Treatment Terhadap Unjuk Kerja Mesin Bensin Empat Langkah Satu Silinder Pada Mesin Sepeda Motor Wardoyo

TRTP – 41 TRTP – 47 TRTP – 53 TRTP – 58

KENDALI PROSES 59 Optimization Tuning PID Controller for Closed-Loop SISO Systems using Impulse Response Hendro Nurhadi dan Abdul Aziz Achmad

viii

KP – 1


Studi Numerik Energi Gesekan Torsi pada Aliran Taylor-Couette dengan Aliran Aksial Budi Nugraha1, Sutrisno,2 dan Prajitno3 Mahasiswa S-2 Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada 2, 3. Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada J1. Grafika No.2, Yogyakarta 55281 1.

E-mail : 1. [email protected], 2. [email protected], 3. [email protected]

Intisari Simulasi CFD dengan paket software FLUENT 6.3 telah dilakukan untuk mengetahui karakteristik energi gesekan atas pengaruh putaran dan aliran aksial. Penelitian dilakukan untuk parameter geometri radius ratio 0,716 dengan aspect ratio 40 dan parameter dinamis bilangan Reynolds melingkar 90-3900, bilangan Reynolds aksial 15,72 dan 31,45. Hasill penelitian menunjukkan energi gesekan torsi meningkat seiring putaran sedangkan pengaruh aliran aksial dengan bilangan Reynolds aksial rendah menurunkan energi gesekan torsi. Kata kunci: Taylor-Couette dengan aliran aksial, CFD, energi gesekan

Pendahuluan Fenomena aliran fluida viskos diantara dua buah silinder berputar atau aliran Taylor-Couette banyak diteliti karena terkait dengan beragam aplikasi proses engineering. Aliran tipe ini dapat ditemui diantaranya pada proses pelumasan bantalan luncur, aliran fluida pendingin antara rotor dan stator serta proses pengeboran minyak bumi. Dari hasil penelitian terdahulu diketahui bahwa akan terjadi instabilitas aliran laminar Couette melingkar jika putaran silinder dinaikkan hingga mencapai putaran tertentu, kemudian terbentuk aliran transisi dengan pola aliran berjenjang mulai dari aliran Taylor vortex laminar, Taylor vortex bergelombang, Taylor vortex turbulen hingga aliran turbulen penuh terbentuk (DiPrima, 1985). Modifikasi aliran Taylor-Couette dengan penambahan aliran aksial lebih banyak diteliti untuk mengetahui karakteristik instabilitas aliran, sedangkan untuk faktor gesekan yang terjadi masih belum banyak dilakukan. Salah satu penelitian tentang faktor gesekan adalah yang dilakukan Yamada (1962) untuk bilangan Reynolds tinggi pada celah annulus sempit. Kemudian Prajitno, dkk. (2011) meneliti faktor gesekan dan energi pemompaan pada aliran Taylor-Couette dengan aliran aksial pada parameter geometri radius ratio 0,716 dan 0,964 dengan aspect ratio 40 dan 320. Hasil penelitian menunjukkan jika putaran silinder semakin tinggi maka energi pemompaan akan menurun akibat gaya Coriolis makin besar, namun disisi lain energi gesekan justru akan meningkat karena adanya pengaruh vortisitas pada aliran. Selanjutnya penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan karakteristik torsi lebih detail dengan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD). Metode Komputasi Numerik Metode CFD adalah salah satu cara untuk memprediksi aliran fluida, perpindahan kalor, perpindahan massa, reaksi kimia dan fenomena transport lainnya dengan cara menyelesaikan persamaan atur secara numerik dengan bantuan perangkat komputer. Persamaan atur yang diselesaikan dalam penelitian ini adalah: a. Persamaan kontinuitas డఘ డ௧

+ ݀݅‫ = )ݑߩ(ݒ‬0........................................................................................................................(1)

_____________________________________________________________________________ MF | 15

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke ke-17 Yogyakarta, 16 Mei 2011 ISBN: 978-979-95620-7-4

b. Persamaan Navier-Stokes ................................................................ ...................................(2a) ................................................................ ....................................(2b) ................................................................ ..................................(2c) Domain komputasi tiga dimensi pada gambar 1. mempunyai ukuran identik dengan parameter geometri eksperimen Prajitno, dkk. (2011) yaitu radius ratio 0,716 dan aspe aspect ratio 40. Jaring komputasi (grid)) dibuat dengan elemen hexahedral berukuran sama pada arah aksial dan tangensial dan non uniform pada arah radial dengan jumlah total 500.000 elemen.

Gambar 1. Mesh domain komputasi 3 dimensi Tabel I. Sifat fisik fluida kerja Fluida Massa jenis (kg/m3) Viskositas dinamis (N.s/m2) Kondisi operasi Campuran air dan Isotermal pada 1126,30 0,006 glycerin, 50 : 50 tempe temperatur 20 oC Simulasi dilakukan untuk fluida kerja campuran air dan glycerin dengan sifat fisik yang homogen dan konstan seperti pada tabel I. pada kondisi steady state. Variasi bilangan Reynolds melingkar antara 90 sampai 3900 sedangkan bilangan Reynolds aksial 15,72 dan 31,45. Kemudian karena daerah aerah aliran yang dimodelkan tergolong tergolong aliran transisi maka dapat digunakan model turbulensi k-Ȧ Wilcox (1992) untuk memasukkan pengaruh turbulensi terhadap parameter aliran aliran. Persamaan energi kinetik turbulensi:

U

wk wk UU j wt wx j

W ij

wU i w E * UkZ wx j wx j

Persamaan laju disipasi spesifik:

U

wZ wZ UU j wt wx j

D

ª wk º * ...............................................(3) « P V PT » ................................ wx j »¼ «¬

Z wU i w W ij EUZ 2 k wx j wx j

ª wZ º ...........................................(4) «P VPT » ................................ wx j »¼ «¬

Viskositas turbulensi: Q T D * k / P .............................................................................................................................. ................................ ..............................(5) Į* adalah faktor koreksi untuk aliran transisi, pada aliran turbulen penuh Į* =1. Bilangan Reynolds turbulensi dinyatakan dalam: dalam

Re T

k ................................ ................................................................................................................................ .................................(6) ZQ

Pada aliran transisi, ReT ĺ dan semua konstanta k model untuk ReT ĺ mengikuti Wilcox (1992).

_____________________________________________________________________________ ______________________________________________________________ ________________________________________________________ MF | 16


Diskretisasi persamaan atur menggunakan metode volume hingga dengan skema beda tengah untuk suku difusi dan skema upwind orde pertama untuk suku konveksi. Algoritma penyelesaian persamaan Navier-Stokes dan kontinuitas menggunakan metode SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations). Komputasi dalam penelitian dilakukan dengan paket perangkat lunak FLUENT 6.3. Hasil dan Pembahasan Torsi Hasil komputasi torsi pada aliran Taylor-Couette tanpa aliran aksial berdasarkan putaran silinder dalam seperti terlihat pada gambar 2. menunjukkan bahwa peningkatan torsi atas pengaruh putaran silinder pada daerah aliran dengan Taylor vortex lebih tajam dibandingkan pada aliran laminar. Hal ini menunjukkan bahwa vortisitas aliran meningkatkan torsi yang dibutuhkan untuk memutar silinder. 0.050

T (N.m)

0.040 0.030 0.020 0.010

A 0.000 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Reʘ

Gambar 2. Hubungan antara torsi dengan bilangan Reynolds melingkar Untuk memperjelas hal ini, detail bagian A dapat dilihat pada gambar 3. yang menunjukkan adanya perubahan karakteristik peningkatan torsi. 0.0035 0.0030

T (N.m)

0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0.0000 0

100

200

300

400

500

600

Reʘ

Gambar 3. Perubahan torsi pada daerah transisi dari aliran laminar ke aliran dengan vortex

_____________________________________________________________________________ MF | 17


Visualisasi vektor kecepatan pada gambar 4. mengkonfirmasi adanya vortex pada sepanjang aliran. Bagian atas adalah sisi silinder luar sedangkan bagian bawah silinder dalam. Pada daerah sebelum transisi terlihat belum ada vortex, vektor kecepatan hanya pada arah tangensial (gambar 4.a). Sedangkan pada daerah setelah transisi terlihat adanya vortex berpasangan yang berlawanan arah. Daerah yang berwarna terang pada gambar 4.b. menunjukkan kecepatan yang tinggi dari pertemuan aliran keluar dua buah vortex sedangkan bagian yang gelap merupakan pertemuan aliran yang masuk.

Gambar 4. Vektor dan kontur kecepatan dilihat pada penampang membujur a. ReȦ = 98.24, b. ReȦ = 589.43 Gambar 5. menunjukkan pengaruh penambahan aliran aksial pada sistem Taylor-Couette terhadap torsi yang dibutuhkan untuk memutar silinder. Torsi menjadi lebih rendah jika dibandingkan pada bilangan Reynolds melingkar yang sama pada aliran Taylor-Couette tanpa adanya aliran aksial. Hal ini sesuai dengan penelitian Yamada (1962) bahwa penambahan aliran aksial akan meningkatkan stabilitas aliran Taylor-Couette atau dengan kata lain menunda timbulnya Taylor vortex pada aliran. 0.0060 0.0050 T (N.m)

0.0040 Tanpa aliran aksial dengan aliran aksial

0.0030 0.0020 0.0010 0.0000 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Reʘ

Gambar 5. Pengaruh penambahan aliran aksial terhadap kebutuhan torsi untuk memutar silinder Koefisien gesekan torsi Torsi juga dapat dinyatakan dengan parameter tak berdimensi yaitu koefisien gesekan torsi. Koefisien gesekan torsi oleh Prajitno, dkk (2011) didefinisikan dengan persamaan:

fT

G 1 K 2 ...................................................................................................................(7) 2 S Re

dimana ‫ܶ = ܩ‬/ߩ߭ ଶ ‫ ܮ‬yang nilainya diperoleh dari persamaan korelasi empiris Wendt (dalam Batten, 2002) berikut ini:

G 1,45

K 3/ 2 Re1.5 ...........................................................................................................(8) 7/4 (1 P )

Persamaan (8) hanya berlaku untuk daerah 400 < ReȦ < 10000 tanpa aliran aksial.

_____________________________________________________________________________ MF | 18


Gambar 6. menunjukkan bahwa koefisien gesekan torsi akan menurun jika putaran silinder dinaikkan. Perbandingan dengan perhitungan Prajitno, dkk. (2011) diperoleh beda maksimum 16,51 persen dan minimum 1,38 persen dibawahnya. Perbedaan ini dimungkinkan timbul dari error diskretisasi dan penggunaan beberapa asumsi pendekatan serta pemodelan turbulensi. 1.E-01

fɽ

1.E-02 CFD Prajitno, dkk.

1.E-03 100

1000

10000

Reʘ

Gambar 6. Perbandingan faktor gesekan torsi hasil CFD dengan Prajitno, dkk. (2011) Energi gesekan torsi Energi gesekan torsi didefinisikan sebagai perkalian torsi dengan kecepatan tangensial pada aliran Taylor-Couette. Energi gesekan torsi akan meningkat seiring dengan meningkatnya putaran silinder karena mengikuti karakteristik torsi seperti yang telah disebutkan diatas. Perbandingan dengan hasil perhitungan Prajitno, dkk. diperoleh beda maksimum 14,61 persen dan minimum 1,4 persen. Sedangkan adanya pengaruh penambahan aliran aksial dengan bilangan Reynolds aksial kecil akan menurunkan energi gesekan torsi pada aliran Taylor-Couette seperti terlihat pada gambar 7.

1.E+00

1.E-01 Prot 1.E-02

1.E-03

1.E-04 100

1000

10000

Reʘ 0 gpm

0.5 gpm

1 gpm

Gambar 7. Hubungan antara energi gesekan torsi dengan bilangan Reynolds melingkar untuk debit aliran aksial 0 gpm, 0,5 gpm dan 1 gpm

_____________________________________________________________________________ MF | 19


Kesimpulan 1. Hasil komputasi menunjukkan karakteristik kuantitatif yang identik dengan beda maksimum 16,5 persen dan minimum 1,38 persen dibawah nilai pada penelitian Prajitno, dkk. (2011). 2. Torsi meningkat seiring peningkatan bilangan Reynolds melingkar namun adanya penambahan aliran aksial membuat torsi yang dibutuhkan untuk memutar silinder lebih rendah jika dibandingkan dengan tanpa aliran aksial. 3. Energi gesekan torsi akan menurun akibat penambahan aliran aksial dengan bilangan Reynolds aksial rendah. Daftar notasi / istilah G Torsi nondimensi d Celah annulus = R2 - R1 L Panjang domain komputasi Prot Energi gesekan torsi R1 Jari-jari luar silinder dalam R2 Jari-jari dalam silinder luar Rez Bilangan Reynolds aksial = ܸ௠ ݀/߭ ReȦ Bilangan Reynold melingkar = ȳܴଵ ݀/߭ T Torsi Vm Kecepatan aksial rerata ʒ Aspect ratio= ‫ܮ‬/݀ Ș Radius ratio = ܴଵ /ܴଶ ρ Viskositas dinamis ȣ Viskositas kinematik= ρ/ȡ ȳ Kecepatan putar silinder dalam

Daftar Pustaka. Batten, W.M.J., Bressloff, N.W., Turnock, S.R, 2002, Transition from Vortex to Wall Driven Turbulence Production in Taylor-Couette System with a Rotating Inner Cylinde, International Journal for Numerical Methods in Fluid, Vol-38, pp 207-226. DiPrima, R.C., Swinney, H.L, 1985, Instabilities and Transition in Flow between Concentric Rotating Cylinder, Topic in Applied Physics, Spinger-Verlag Berlin, pp. 139-180. Prajitno, dkk., 2011, Faktor Gesekan dan Energi Pemompaan pada Aliran di Dalam Annulus dengan Silinder Bagian Dalam yang Berputar, Jurnal Teknik Mesin, Vol. 11, pp. 42-50.

Wilcox, D.C, 1993, Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries, Inc. Yamada, Y, 1962, Torque Resistance of a Flow between Rotating Co-Axial Cylinders Having Axial Flow, Bulletin of JSME, Vol-5, pp 634-642.

_____________________________________________________________________________ MF | 20

SEMINAR NASIONAL Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri Ke-17

Recommend Documents