TUGAS AKHIR
ANALISIS AERODINAMIKA PADA BODI MOBIL BAYU SURYA
MENGGUNAKAN CFD PADA SOFTWARE ANSYS 15.0
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh: NURUL HUDA NIM : D200 10 0005
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
vi MOTTO
“
Belajar tanpa berpikir tidak ada gunanya, sedangkan berpikir tanpa
belajar adalah berbahaya”
(Amirul rosyid Al-farizi)
“Seseorang yang optimis akan melihat adanya kesempatan dalam
setiap malapetaka, sedangkan orang pesimis akan melihat malapetaka
dalam setiap kesempatan”
“Kekeyaan tidak dilihat dari melimpahnya harta, tetapi dari perasaan
yang be
rpuas diri”
(Nabi Muhammad SAW)
“Sesungguhnya Allah mencintai orang –
orang yang sabar”
vii
PERSEMBAHAN
Puji syukur Alhamdulillah, hamba panjatkan atas rahmat, karunia
dan keridhaan Allah SWT yang menggenggam dan memiliki seluruh jiwa
ini. Berkat ilmu yang Ia berikan kepada penulis dan campur tangan-Nyalah
karya sederhana ini dapat terselesaikan dengan baik. Dengan rasa syukur
karya ini penulis persembahkan untuk :
Emak tercinta Parimi serta bapak tercinta Suparlan yang telah
mendidik dan memotivasi dengan penuh kesabaran dan kasih
sayang, Terima kasih atas segala yang telah kalian berikan. Saat
tersayang terimakasih atas doa dan semangatnya
Sang mentari yang selalu cerewet dipagi hari Peny Ayu Windasari, terima kasih senyum dan semangatnyaviii
memberikan pelajaran berharga yang tidak bisa dinilai dengan
materi, sehingga penulis bisa sampai pada titik ini.
Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin (KMTM) UMS, dan LAB COM
Teknik Mesin sebagai tempat bagi penulis menimba pengalaman
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas
Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan
Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh
keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Nur Aklis , ST., M.Eng selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin
yang membantu dalam proses-proses administrasi selama masa
perkuliahan, serta selaku Dosen Pembimbing I yang telah
membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan
Tugas Akhir ini
4. Bapak Ir. Sarjito, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing II yang telah
meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan arahannya.
x
6. Jajaran staf dan dosen Teknik Mesin universitas muhammadiyah
Surakarta
Akhir kata, penulis mohon maaf, jika sekiranya terdapat kesalahan
dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan
adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur yang
ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis semoga
laporan ini bermanfaat untuk pembaca.
Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis
dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.
Surakarta, Februari 2016
xi
ANALISA AERODINAMIKA PADA BODI MOBIL MENGGUNAKAN CFD (Computional Fluid Dynamic) PADA SOFTWARE ANSYS
15.0
Nurul Huda, Nur Aklis, Sarjito
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : hudanurul750@gmail.com
ABSTRAKSI
Salah satu acuan pengembangan suatu mobil adalah pada bentuk bodi. Bentuk bodi yang aerodinamis mengurangi tahanan aerodinamika sehingga dapat mengoptimalkan tenaga mesin untuk menjadi gaya dorong traksi kendaraan, hemat bahan bakar serta menjaga stabilitas kendaraan. Penelitian tugas akhir bertujuan untuk mengetahui peran perubahan desain terhadap karateristik pola aliran serta nilai koefisien tahanan aerodinamika pada bodi mobil prototype BAYU SURYA.
Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap modifikasi, pertama dengan merubah geometri sudut kap dengan kaca bodi mobil standar dengan sudut 150o menjadi 160o dan 170o kemudian dengan merubah bentuk leading edge yang pada awalnya datar menjadi cekung dan cembung. Desain pembuatan bodi mobil menggunakan software solidworks 2014. Dan disimulasikan menggunakan CFD pada software Ansys 15.0 dengan boundary grid mesh 90 mm dan body grid mesh 45 mm pada inlet velocity 11,11 m/s dan kondisi domain diasumsikan seperti keadaan nyata.
Dari hasil simulasi CFD didapatkan visualisasi streamline, vector kecepatan, kontur tekanan dan nilai gaya tahanan pada masing-masing desain bodi. Pada modifikasi 1 nilai gaya tahanan berkurang seiring bertambahnya sudut kap dengan kaca 150o, 160o, dan 170o. kemudian pada tahap modifikasi 2 perubahan bentuk leading edge dengan variasi bentuk cembung memiliki gaya tahanan terkecil dibandingkan variasi bentuk datar dan cekung.
xii
ANALYSIS AERODYNAMIC ON CAR BODY USING CFD (Computional Fluid Dynamic) THE SOFTWARE ANSYS 15.0
Nurul Huda, Nur Aklis, Sarjito
Mechanical Enginering Universitas Muhammadiyah Surakarta A. Yani Street Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email : hudanurul750@gmail.com
ABSTRACT
One reference to the development of a car is in the shape of the body. An aerodynamic body shape reduces aerodynamic prisoners so as to optimize the engine power to be thrust traction vehicles, fuel-efficient and maintain vehicle stability. Thesis research aims to determine the role of design changes to the characteristics of the flow patterns and the value of the aerodynamic drag coefficient on the car body prototype BAYU SURYA.
This research was conducted in two stages modifications, first by changing the geometry of the corner of the glass hood with existing car body at an angle of 150o, 160o and 170o become later by changing the shape of the leading edge of the initially flat into concave and convex. Design of car body manufacture using SolidWorks 2014 software and simulated using CFD in ANSYS 15.0 software with the boundary grid mesh 90 mm and 45 mm body grid mesh, the inlet velocity of 11.11 m / s and conditions assumed domain like a real situation.
CFD simulation results obtained from a streamlined visualization, vector velocity, pressure contours and value style of prisoners in each body design. At first modification prisoners style value decreases with increasing angle hood with glass 150o, 160o, and 170o. then the second modification changes the shape of the leading edge has a convex shape variation smaller than that prisoners style variations flat and concave shapes.
xiii
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ... ii
Halaman Persetujuan ... iii
Halaman Pengesahan ... iv
Lembar Tugas Akhir ... v
Motto ... vi
Halaman Persembahan ... vii
Kata Pengantar ... ix
Abstraksi ... xi
Daftar Isi ... xiii
Daftar Gambar ... xviii
Daftar Tabel ... xxi
Dafar Grafik ... xxii
xiv
BAB I. Pendahuluan ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II. KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ... 5
2.1 Kajian Pustaka ... 5
2.2 Dasar Teori ... 8
2.2.1 Densitas ... 8
2.2.2 Viskositas ... 8
2.2.3 Aliran Lapisan Batas Laminar dan Turbulen ... 13
2.2.4 Pemisahan Aliran ( Separation ) ... 15
2.2.5 Drag Gesekan dan Drag Tekanan ... 16
2.2.6 Lift Coefficient dan Drag Coefficient ... 17
xv
2.2.6.2 Drag Coefficient ... 18
2.2.7 Persamaan Atur dan Diskrisasi ... 18
2.3 Acuan Perubahan Desain ... 19
2.3.1 Rounding dan Chamfering pada Leading Edge ... 19
2.3.2 Geometri Sudut Keiringan Kap dengan Kaca Mobil ... 20
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ... 21
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 21
3.2 Persiapan Alat ... 23
3.3 Gambar Reserve ... 23
3.4 Pembuatan Desain ... 24
3.4.1 BAYU SURYA Exsisting ... 24
3.4.2 BAYU SURYA Modifikasi 1 ... 24
3.4.3 BAYU SURYA Modifikasi 2 ... 25
3.5 Verifikasi Software ... 26
3.6 Simulasi Ansys 15.0 ... 26
xvi
4.2 Data Profil Desain mobil Prototype BAYU SURYA ... 36
4.3 Hasil Simulasi ... 40
4.3.1 Pola aliran dan koefisien tahanan aerodinamika pada desain bodi Mobil prototype BAYU SURYA dengan geometry perubahan sudut antara kap dengan kaca 150o, 160o dan 170o ( modifikasi 1 ) ... 41
4.3.1.1 Pola Aliran Pada Bodi Mobil Prototype BAYU SURYA dengan Perubahan Geometri Sudut Antara Kap dengan Kaca 150o, 160o dan 170o ... 42
xvii
a. Koefisien drag ... 48
b. Koefien lift ... 50
4.3.2 Pola Aliran dan Koefisien Tahanan Aerodinamika pada Desain Bodi Mobil Prototype BAYU SURYA dengan Perubahan Bentuk Leading Edge Datar, Cekung dan Cembung ... 53
4.3.2.1 Pola Aliran pada Bodi Mobil Prototype BAYU SURYA dengan Perubahan Bentuk Leading Edge Datar, Cekung dan Cembung ... 53
4.3.2.2 Perhitungan Koefisien Drag dan Koefisien Lift ... 58
a. Koefisien drag ... 59
b. Koefien lift ... 61
BAB V. PENUTUP ... 63
5.1 Kesimpulan ... 63
5.2 Saran ... 64
DAFTAR PUSTAKA
xviii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Mobil prototype BAYU SURYA ... 2
Gambar 2.1 Posisi profil aliran fluida inviscid ... 9
Gambar 2.2 Aliran sekitar kendaraan ... 10
Gambar 2.3 Titik stagnasi pada mobil ... 12
Gambar 2.4 Aliran laminar ... 13
Gambar 2.5 Profil batas sepanjang pelat datar tipis ... 14
Gambar 2.6 Aliran turbulen ... 15
Gambar 2.7 Pemisahan aliaran lapisan batas di dinding ... 16
Gambar 2.8 Profil komponen drag ... 16
Gambar 2.9 (a) Bentuk tepi Chamfered dan rounded (b) Hubungan radius Chamfered dan rounded dengan koefisien drag .... 20
Gambar 2.10 Hubungan sudut kap dengan kaca mobil dengan koefisien drag ... 21
xix
Gambar 3.2 Profil mobil prototype BAYU SURYA ... 23
Gambar 3.3 Model mobil prototype BAYU SURYA exsisting ... 24
Gambar 3.4 Perubahan geometri sudut antara kap dengan kaca pada desain mobil prototype BAYU SURYA ... 25
Gambar 3.5 Perubahan bentuk leading edge pada desain mobil prototype BAYU SURYA ... 26
Gambar 3.6 Diagram alir simulasi Ansys 15.0 ... 27
Gambar 3.7 Computational domain ... 28
Gambar 3.8 Model meshing setengah bagian pada symmetry plane . 30 Gambar 3.9 Perbedaan panjang tepi ... 31
Gambar 3.10 posisi kondisi batas untuk domain komputasi ... 32
Gambar 3.11 Hasil proses solver dan Ansys 15.0 CFX-solver ... 34
xx
Gambar 4.2 Desain mobil prototype BAYU SURYA exsisting ... 37
Gambar 4.3 Perubahan geometri sudut antara kap dengan kaca
pada desain mobil prototype BAYU SURYA ... 38
Gambar 4.4 Perubahan bentuk leadingedge pada desain mobil
prototype BAYU SURYA ... 39
Gambar 4.5 Pola aliran di sekitar bodi mobil prototype BAYU SURYA
modifikasi 1 ... 42
Gambar 4.6 Vektor kecepatan aliran di sekitar bodi mobil prototype
BAYU SURYA modifikasi 1 ... 44
Gambar 4.7 kontur tekanan di sekitar bodi mobil prototype BAYU
SURYA modifikasi 1 ... 46
Gambar 4.8 Pola aliran di sekitar bodi mobil prototype BAYU SURYA
modifikasi 2 ... 53
Gambar 4.9 Vektor kecepatan di sekitar bodi mobil prototype BAYU
SURYA modifikasi 2 ... 55
Gambar 4.9 Kontur tekanan di sekitar bodi mobil prototype BAYU
xxi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Kondisi batas untuk kondisi simulasi steady state ... 33
Tabel 4.1 Data hasil simulasi dan analitis ... 36
Tabel 4.2 Mesh statistic mobil prototype BAYU SURYA modifikasi 1 . 40
Tabel 4.2 Mesh statistic mobil prototype BAYU SURYA modifikasi 2 . 41
Tabel 4.4 Gaya drag dan gaya lift pada desain mobil prototype BAYU
SURYA dengan perubahan geometri sudut antara kap
dengan kaca 150o, 160o dan 170o ... 47
Tabel 4.5 Gaya drag dan gaya lift pada desain mobil prototype
BAYU SURYA dengan perubahan bentuk leading edge
xxii
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Hubungan geometri sudut antara kap dengan kaca dengan nilai
koefisien drag pada bodi mobil prototype BAYU SURYA ... 50
Grafik 4.1 Hubungan geometri sudut antara kap dengan kaca dengan nilai
xxiii
DAFTAR DIAGRAM
Diagram 4.1 Koefisien drag pada bodi mobil prototype BAYU SURYA
dengan perubahan bentuk leading edge bentuk datar, cekung dan
cembung ... 60
Diagram 4.1 Koefisien lift pada bodi mobil prototype BAYU SURYA dengan
perubahan bentuk leading edge bentuk datar, cekung dan
