TUGAS AKHIR Studi Perbandingan Karakteristik Airfoil Naca 0012 Dengan Naca 2410 Terhadap Koefisien Lift Dan Koefisien Drag Pada Berbagai Variasi Sudut Serang Dengan CFD.

(1)

TUGAS AKHIR

STUDI PERBANDINGAN KARAKTERISTIK AIRFOIL NACA

0012 DENGAN NACA 2410 TERHADAP KOEFISIEN

LIFT

DAN KOEFISIEN

DRAG

_{PADA BERBAGAI VARIASI SUDUT}

SERANG DENGAN CFD

Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

NOFI FEBRIYANTO

NIM : D200 090 092

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

MOTTO

Yang paling jauh dari kita adalah masa lalu,

Yang paling dekat dari kita adalah kematian,

Bekali diri kita dengan ilmu yang bermanfaat,

Wajib berusaha dan berdo’a di setiap langkah kita.

Yakinlah, bahwa di setiap kerja keras kita hari ini,

akan membuat kita tersenyum manis di suatu hari nanti,

karna ALLAH SWT MAHA ADIL

bermimpi & berangan-anganlah setinggi yang kita mau,

karna mimpi & angan-angan kita adalah awal dari rencana hidup kita,

rencana hidup kita adalah salah satu usaha kita,

berusaha dan berdo’a adalah kewajiban setiap manusia,

maka

(7)

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur

dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah

melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya

mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :

• Bapak dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran,

keikhlasan dan pengorbanannya yang senantiasa membimbing

dan mendo’akanku.

• Sahabatku (teman-teman angkatan 2009 teknik mesin yang

selalu kompak, dan saling menyemangati )

• Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )

• Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin

yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.

• Bapak Dosen pembimbing akedemik Ir. Tri Tjahjono, MT. Bapak

Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sarjito, MT., Ph.D. dan

Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Nur Aklis, ST.,

M.Eng. saya berterima kasih atas pengarahan dan

bimbingannya yang telah banyak saya terima selama berada di

(8)

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 Ir. Sarjito, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I yang telah

membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan

Tugas Akhir ini

4. Bapak Nur Aklis, S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing II yang telah

meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan arahannya.

5. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT. selaku Pembimbing Akademik.

(9)

ix

7. Bapak tercinta yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan

membesarkan penulis.

8. Ibu tercinta dan teristimewa yang senantiasa mencintai, menyayangi,

memberikan dukungan dan mendo’akan penulis dalam menyelesaikan

Tugas Akhir.

9. Teman angkatan 2009 yang sudah banyak membantu saya dan

mendukung saya dalam perkuliahan selama di Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, 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, April 2014

(10)

STUDI PERBANDINGAN KARAKTERISTIK AIRFOIL NACA 0012 DENGAN NACA 2410 TERHADAP KOEFISIEN LIFT DAN KOEFISIEN DRAG PADA BERBAGAI VARIASI SUDUT SERANG

DENGAN CFD

Nofi Febriyanto, Sarjito, Nur Aklis Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura.

Email : febriyantonofi@yahoo.co.id

ABSTRAKSI

Di masa lalu, untuk membuat dan menyelidiki kinerja airfoil harus dilakukan dengan cara eksperimen, dan dalam pengerjaanya sering menghasilkan limbah dan memerlukan waktu untuk membuat model. Selain itu, untuk menguji airfoil secara fisik harus dilakukan di terowongan angin, sangat tidak mudah untuk mendapatkan informasi dari tekanan dan distribusi kecepatan yang akurat. Saat ini, hal itu dapat dilakukan dengan komputasi, yang memiliki kelebihan yaitu lebih cepat dan lebih murah. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan hasil simulasi antara software SolidWorks dengan hasil simulasi Ansys. Ini mencakup distribusi tekanan, kecepatan sekitar airfoil, dan visualisasi lintasan.

Dalam studi ini akan dijelaskan perbandingan kinerja antara airfoil simetris NACA-0012 dan airfoil tidak simetris NACA-2410 pada variasi sudut serang -80, -20, 00, 50, 100, 150, 200 terutama hubungan antara CL

da CD secara komputasi. Percobaan diawali dengan membuat model baik

airfoil simetris dan tidak simetri dengan menggunakan software DesainFoil, dan kemudian untuk menyesuaikan sudut menggunakan software AutoCAD, setelah itu meshing dan proses perhitungan dilakukan menggunakan software Ansys-CFD. Analisa meliputi distribusi tekanan, kecepatan.

Hasil penelitian menunjukkan, bahwa peningkatan sudut akan diikuti dengan meningkatnya koefisien gaya angkat dan gaya hambat. Namun, dapat dilihat bahwa NACA-2410 memiliki koefisien angkat lebih tinggi dari pada koefisien angkat dari NACA 0012. Dari hasil perbandingan grafik CL Naca 0012 antara hasil simulasi SolidWorks dengan Ansys,

ternyata ada memiliki kecenderungan yang sama satu sama lain. Yaitu untuk Solidworks CL tertinggi pada sudut serang 200 sebesar 0,0039

(11)

xi

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Pernyataan Keaslian Skripsi ... ii

Halaman Persetujuan ... iii

Halaman Pengesahan ... iv

Lebar Soal Tugas Akhir ... v

Halaman Motto... vi

Halaman Persembahan ... vii

Kata Pengantar ... viii

Abstraksi ... x

Daftar Isi ... xi

Daftar Gambar……….xiv

Daftar Tabel……….xvii

Daftar Grafik... xviii

BAB I PENDAHULUN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah ... 4

1.4 Tujuan Penelitian ... 4

1.5 Manfaat Penelitian ... 5

1.6 Sistematika Penulisan ... 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Kajian Pustaka... 6

2.2 Dasar Teori... 8

2.2.1 Airfoil ... 8

2.2.2 Konsep Dasar Airfoil... 10

2.3 Koefisien Lift dan Koefisien Drag ...12

2.3.1 Koefisien Lift ...12

2.3.2 Koefisien Drag ...12

2.4 Kurva Lift ... 13

2.4.1 Koefisien Lift Maksimum ... 14

2.5 Viscosity (Kekentalan Suatu Zat)... 15

2.5.1 Aliran Viscous dan Non-Viscous ... 16

2.6 Distribusi Tekanan... 17

2.7 Fenomena Aliran Udara ... 18

2.7.1 Aliran Laminar ... 18

(12)

2.7.3 Vortex... 19

2.8 Lapisan Batas dan Separasi Aliran... 19

2.8.1 Lapisan Batas (Boundary Layer)... 19

2.8.2 Separasi Aliran... 21

2.9 Metode k-epsilon... 22

2.10 Tahapan Proses CFD ... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 25

3.2 Langkah-langkah Penggunaan Metode Komputasi Fluida ... 26

3.2.1 Diagram Alir Proses Simulasi... 26

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Verifikasi Software dan Validasi Data ... 34

4.2. Data Profil Airfoil Naca ... 35

4.3. Analisa Perbandingan Tekanan Aliran Udara pada Airfoil Naca 0012 dan Naca 2410... 37

4.3.1. Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang -80... 37

4.3.2. Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang -20... 38

4.3.3. Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang 00... 39

4.4 Analisa Perbandingan Kecepatan Aliran Udara pada Airfoil Naca 0012 dan Naca 2410... 44

4.4.1. Perbandingan Kecepatan Pada Sudut Serang -80... 44

4.4.2. Perbandingan Kecepatan Pada Sudut Serang -20... 45

4.4.3. Perbandingan Kecepatan Pada Sudut Serang 00... 46

4.5 Perbandingan simulasi antara penelitian dahulu dengan sekarang ... 51

4.5.1 Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang -80... 51

4.5.2 Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang 200... 53

(13)

xiii

4.7 Gaya-gaya yang terjadi pada Airfoil... 60 4.8 Grafik Hubungan Antara Tekanan (P) dengan

Sudut Serang (α)... 63 4.9 Perbandingan Grafik Hasil Simulasi Sekarang dengan

Hasil Simulasi yang Dahulu ... 65

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ... 67 5.2. Saran... 69

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Bentuk, bagian dan geometri sebuah airfoil. ... 8

Gambar 2.2. Distribusi tekanan pada berbagai sudut serang pada airfoil ... 11

Gambar 2.3. Gaya-gaya dari fluida di sekeliling sebuah benda dua dimensi: (a) Gaya tekan, (b) Gaya viskos, (c) Gaya resultan (lift dan drag) ... 13

Gambar 2.4. Kurfa lift ... 14

Gambar 2.5. Macam-macam aliran ... 18

Gambar 2.6. Aliran vortex yang terjadi pada airfoil... 19

Gambar 2.7. Lapisan batas disepanjang sebuah plat datar ... 20

Gambar 2.8. Separasi aliran yang terjadi pada silinder ... 21

Gambar 2.9. Komputasi domain... 23

Gambar 2.10.Hasil simulasi pada post-processing ... 24

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 25

Gambar 3.2. Diagram Alir Proses Simulasi ... 26

Gambar 3.3. Profil airfoil pada Software DesignFoil ... 27

Gambar 3.4. Pengaturan panjang chord pada AutoCad 2010 ... 28

Gambar 3.5. Pengaturan Sudut Airfoil dengan Solidworks 2010... 28

Gambar 3.6. Penampang airfoil pada Software Solidworks 2010... 29

Gambar 3.7. Penampang Airfoil yang diberi batasan pada ansys 12.1 workbench ... 29

Gambar 3.8. Meshing pada airfoil ... 30

Gambar 3.9. Operation conditions... 31

Gambar 3.10.Setting solver control ... 32

Gambar 3.11.Contoh proses solver pada Ansys 12.1 CFX-Solver Manager ... 32

Gambar 3.12.Contoh visualisasi kontur plot kecepatan hasil simulasi dengan Ansys 12.1 CFX-Post... 33

Gambar 3.13.Contoh visualisasi streamline kontur plot kecepatan hasil simulasi dengan Ansys 12.1 CFX-Post ... 33

(15)

xv

Gambar 4.3. Contour plot pada bidang simetri xy,

menunjukkan perbedaan tekanan pada kedua

Airfoil sudut serang -80... 37 Gambar 4.4. Contour plot pada bidang simetri xy,

Airfoil sudut serang -20... 38 Gambar 4.5. Contour plot pada bidang simetri xy, menunjukkan

perbedaan tekanan pada kedua Airfoil sudut serang 00... 39 Gambar 4.6. Contour plot pada bidang simetri xy, menunjukkan

perbedaan tekanan pada kedua Airfoil sudut serang 50... 40 Gambar 4.7. Contour plot pada bidang simetri xy,

Airfoil sudut serang 100... 41 Gambar 4.8. Contour plot pada bidang simetri xy,

Airfoil sudut serang 150... 42 Gambar 4.9. Contour plot pada bidang simetri xy,

Airfoil sudut serang 200... 43 Gambar 4.10.Contour plot pada bidang simetri xy, menunjukkan

perbedaan kecepatan pada kedua Airfoil sudut

serang -80... 44 Gambar 4.11.Contour plot pada bidang simetri xy, menunjukkan

serang -20... 45 Gambar 4.12.Contour plot pada bidang simetri xy, menunjukkan

serang 00... 46 Gambar 4.13.Contour plot pada bidang simetri xy, menunjukkan

(16)

Gambar 4.17.Contour plot menunjukkan perbedaan tekanan

pada Airfoil Naca 0012 untuk sudut serang -80... 52 Gambar 4.18.Contour plot menunjukkan perbedaan tekanan

pada Airfoil Naca 2410 untuk sudut serang -80... 53 Gambar 4.19.Contour plot menunjukkan perbedaan tekanan

pada Airfoil Naca 0012 untuk sudut serang 200... 54 Gambar 4.20.Contour plot menunjukkan perbedaan tekanan

pada Airfoil Naca 2410 untuk sudut serang 200... 55 Gambar 4.21.Contour plot menunjukkan perbedaan kecepatan

pada Airfoil Naca 0012 untuk sudut serang -80... 56 Gambar 4.22.Contour plot menunjukkan perbedaan kecepatan

pada Airfoil Naca 2410 untuk sudut serang -80... 57 Gambar 4.23.Contour plot menunjukkan perbedaan kecepatan

pada Airfoil Naca 0012 untuk sudut serang 200... 58 Gambar 4.24.Contour plot menunjukkan perbedaan kecepatan

pada Airfoil Naca 2410 untuk sudut serang 200... 59 Gambar 4.25.Aliran vortex yang terjadi pada airfoil naca 0012

(17)

xvii

DAFTAR TABEL

(18)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1.Hubungan antara gaya angkat dengan sudut serang ... 62 Grafik 4.2.Hubungan antara gaya hambat dengan sudut serang... 63 Grafik 4.3.Hubungan antara tekanan dengan berbagai variasi

sudut serang pada permukaan atas airfoil Naca

0012 dan Naca 2410... 64 Grafik 4.4. Grafik hubungan antara tekanan dengan berbagai

variasi sudut serang pada permukaan bawah airfoil

Naca 0012 dan Naca 2410 ... 64 Grafik 4.5.Hubungan Cl dan Cd terhadap sudut serang (Irawan

P, 2008) ... 65 Grafik 4.6. Perbandingan grafik Cl dan Cd terhadap variasi

sudut serang antara airfoil Naca 0012 dengan Naca