5 5
BAB II
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
TINJAUAN PUSTAKA
2.12.1 Wind Tunnel Wind Tunnel (Terowongan Angin) (Terowongan Angin) Wi
Wind nd TuTunnel nnel (ter(terowoowongangan n angangin) in) mermerupaupakan kan perperalaalatan tan uji uji berberbenbentuk tuk ta
tabubung ng didimamana na ududara ara didipapaksa ksa memelajlaju u dedengngan an kekececepapatatan n yayang ng didiatuatur r ununtutuk k mempelajari efek aliran aerodinamis dari suatu benda. Objek atau benda yang mempelajari efek aliran aerodinamis dari suatu benda. Objek atau benda yang di
diujuji i didileletaktakkakan n didibabagigian an tentengagah h sekseksi si ujuji i ((test test sectsectionion). ). UdUdarara a kekemumudiadiann digerakkan melewati objek dengan sebuah sistem
digerakkan melewati objek dengan sebuah sistem fan fan. Ada dua tipe wind tunnel. Ada dua tipe wind tunnel yakn
yakni i dengdengan sistem dengan saluran tertutup (closedan sistem dengan saluran tertutup (closed circuit circuit ) dan sistem dengan) dan sistem dengan saluran terbuka (
saluran terbuka (open circuit open circuit ). Dalam hal ini akan dibuat tipe). Dalam hal ini akan dibuat tipe open circuit wind open circuit wind tunnel
tunnel karena konstruksinya lebih sederhana dan biaya pembuatan relatif lebih karena konstruksinya lebih sederhana dan biaya pembuatan relatif lebih murah dibandingkan dengan tipe
murah dibandingkan dengan tipe closed circuit wind tunnel.closed circuit wind tunnel. !ejak "rank #. $e
!ejak "rank #. $enham (%&' %*+&) seorang anggotnham (%&' %*+&) seorang anggotaa Aeronautica Aeronautical l Society Great Britain
Society Great Britain pertama kali mem pertama kali membangubangunn wind tunnel wind tunnel terowongan angin terowongan angin te
telalah h didigugunanakakan n dadalam lam wawaktktu u yyanang g sasangngat at lamlama a ununtutuk k memem,m,erierififikakasi si teteororii aerodinamis dari memfasilitasi desain pesawat khususnya untuk aplikasi di dunia aerodinamis dari memfasilitasi desain pesawat khususnya untuk aplikasi di dunia penerbangan.
penerbangan. #ingga #ingga saat saat ini ini penelitian penelitian aerodinamis aerodinamis telah telah diperluas diperluas ke ke bidangbidang lain seperti
lain seperti induindustri stri otomotomotif arsitekturotif arsitektur teknik teknik sipil lingkusipil lingkungan dan ngan dan lain lain lainlain sehingga uji melalui
sehingga uji melalui wind tunnel wind tunnel menjadi penting ssebagai sebuah keputusan awal menjadi penting ssebagai sebuah keputusan awal dalam proses desain.
dalam proses desain.
-eskipun teknologi komputasi semakin meningkat dengan penggunaan -eskipun teknologi komputasi semakin meningkat dengan penggunaan met
/ /
benda
benda dengan dengan fluida fluida pengujian pengujian dalamdalam winwind d tuntunnel nel masih diperlukmasih diperlukan an untuuntuk k pengembangan ino,asi
pengembangan ino,asi desain desain baru baru yang yang melibatkan melibatkan interaksi interaksi kompleks kompleks tersebut.tersebut. #al ini karena komputasi numerik belum memberikan solusi yang akurat dalam #al ini karena komputasi numerik belum memberikan solusi yang akurat dalam phenomena
phenomena physik physik interaksi interaksi benda benda dengan dengan fluida. fluida. Dan Dan karena karena meningkatnyameningkatnya minat dari industri dan cabang ilmu ilmu pengetahuan lain maka pengujian minat dari industri dan cabang ilmu ilmu pengetahuan lain maka pengujian dengan
dengan wind tunnel wind tunnel menjadi sangat penting dalam desain dan penelitian. menjadi sangat penting dalam desain dan penelitian.
2
2..2 2 TTiippee Wind Tunnel Wind Tunnel 0e
0erdrdasaasarkrkan an dadari ri segsegi i jajalulur r rarangngkakaiaian n ununtutukk wwinind d tutunnnnelel memilikimemiliki beberapa tipe diantaranya adalah 1
beberapa tipe diantaranya adalah 1 %
%.. 22eerroowwoonnggaan rn raannggkkaaiiaan tn teerrbbuukka (a (Open Circuit Wind Tunnel Open Circuit Wind Tunnel )) '
'.. 22eerroowwoonnggaan rn raannggkkaaiiaan tn teerrttuuttuup (p (Close Circuit Wind Tunnel Close Circuit Wind Tunnel ))
2.2.1
2.2.1 Open Circuit Wind Tunnel Open Circuit Wind Tunnel
3ada terowongan angin tipe ini udara mengikuti jalur lurus dan jalur 3ada terowongan angin tipe ini udara mengikuti jalur lurus dan jalur masuk melalui rumah
masuk melalui rumah fan fan kontraksi ke seksi uji lalu dilanjutkan ke kontraksi ke seksi uji lalu dilanjutkan ke difusserdifusser dandan diteruskan ke saluran keluar udara terbuka.
diteruskan ke saluran keluar udara terbuka.
Gambar 2.1
/ /
benda
benda dengan dengan fluida fluida pengujian pengujian dalamdalam winwind d tuntunnel nel masih diperlukmasih diperlukan an untuuntuk k pengembangan ino,asi
pengembangan ino,asi desain desain baru baru yang yang melibatkan melibatkan interaksi interaksi kompleks kompleks tersebut.tersebut. #al ini karena komputasi numerik belum memberikan solusi yang akurat dalam #al ini karena komputasi numerik belum memberikan solusi yang akurat dalam phenomena
phenomena physik physik interaksi interaksi benda benda dengan dengan fluida. fluida. Dan Dan karena karena meningkatnyameningkatnya minat dari industri dan cabang ilmu ilmu pengetahuan lain maka pengujian minat dari industri dan cabang ilmu ilmu pengetahuan lain maka pengujian dengan
dengan wind tunnel wind tunnel menjadi sangat penting dalam desain dan penelitian. menjadi sangat penting dalam desain dan penelitian.
2
2..2 2 TTiippee Wind Tunnel Wind Tunnel 0e
0erdrdasaasarkrkan an dadari ri segsegi i jajalulur r rarangngkakaiaian n ununtutukk wwinind d tutunnnnelel memilikimemiliki beberapa tipe diantaranya adalah 1
beberapa tipe diantaranya adalah 1 %
%.. 22eerroowwoonnggaan rn raannggkkaaiiaan tn teerrbbuukka (a (Open Circuit Wind Tunnel Open Circuit Wind Tunnel )) '
'.. 22eerroowwoonnggaan rn raannggkkaaiiaan tn teerrttuuttuup (p (Close Circuit Wind Tunnel Close Circuit Wind Tunnel ))
2.2.1
2.2.1 Open Circuit Wind Tunnel Open Circuit Wind Tunnel
3ada terowongan angin tipe ini udara mengikuti jalur lurus dan jalur 3ada terowongan angin tipe ini udara mengikuti jalur lurus dan jalur masuk melalui rumah
masuk melalui rumah fan fan kontraksi ke seksi uji lalu dilanjutkan ke kontraksi ke seksi uji lalu dilanjutkan ke difusserdifusser dandan diteruskan ke saluran keluar udara terbuka.
diteruskan ke saluran keluar udara terbuka.
Gambar 2.1
4 4
Ad
Adapapun un dadari ri titipepe opopen en circircucuit it winwind d tuntunnel nel ini memiliki keuntungini memiliki keuntunganan diantaranya adalah 1
diantaranya adalah 1 %.
%. ononststrurukksi si sesedederhrhananaa '.
'. 0i0iayaya ra ranancacang ng babangngun un rerendndahah !edan
!edangkan kerugkan kerugian darigian dari wind tunnel tipe open circuit wind tunnel tipe open circuit ini diantaranya ini diantaranya adalah 1
adalah 1 %.
%. 6ik6ika dila diletaetakkakkan didn didalam alam ruaruangangan bn berderdasarasarkan pkan pada uada ukurkuran tean terowrowongonganan terhadap ukuran ruang bisa jadi dibutuhkan penyaringan tambahan pada terhadap ukuran ruang bisa jadi dibutuhkan penyaringan tambahan pada inlet untuk mendapatkan aliran agar bertambah tinggi. Dengan cara yang inlet untuk mendapatkan aliran agar bertambah tinggi. Dengan cara yang sama
sama inletoutlet inletoutlet terbuka ke atmosfer yang mana angin dan cuaca dingin terbuka ke atmosfer yang mana angin dan cuaca dingin dapat mempengaruhi operasi kerja
dapat mempengaruhi operasi kerja wind tunnel tipe open circuit!wind tunnel tipe open circuit! '.
'. !e!ecacara ura umumum bem beririsisik. Uk. Untntuk uuk ukukuraran len lebibih beh besasar (Ar (A!eks!eksi i ujiuji 7 4+ pl 7 4+ pl''))
keb
kebisiisingangan n menmengakgakibaibatkan tkan masmasalaalah h linlingkugkungangan n dan dan memmembatabatasi si jamjam operasi
operasi wind tunnel wind tunnel ..
'.'.'
'.'.' Close Circuit Wind Tunnel Close Circuit Wind Tunnel W
Wind ind tunnetunnel l t tiippee close close circcircuit uit memmempunpunyayai i tiptipe e ranrangkagkaian ian jalujalur r yayangng kon
kontintinyu yu untuntuk uk alialiran ran udaudaranranyaya. . !eb!ebagiagian an tiptipe e ini ini adaadalah lah jaljalur ur tuntunggaggall "sin#le"sin#le return
return).).
Gambar 2.2
&
Adapun kelebihan dari wind tunnel tipe close circuit ini diantaranya adalah sebagai berikut 1
%. Dengan kegunaan corner turnin# $anes arah dari aliran udara dapat dengan mudah dikontrol.
'. 2idak terlalu berisik
!edangkan kekurangan dari tipe closed circuit wind tunnel ini diantaranya adalah sebagai berikut 1
1. onstruksi rancang bangun lebih kompleks
2. 0iaya awal yang besar akibat penambahan saluran kembali returns ducts dan corner $anes.
3. Untuk pengujian ,isualisasi aliran dengan asap harus ada saluran untuk pembuangan.
2.3 Jangkauan keepa!an
lasifikasi yang paling tepat dari terowongan angin ialah dengan jangkauan kecepatannya. 6angkauan kecepatan dari terowongan angin
menentukan aturan8aturan similiritas yang dominan didalamnya.
*
Tabe" 2.1 K"a#i$ika#i Terowongan Angin Ber%a#arkan Bi"angan &a'
9o -ach 6enis eterangan
%. + : - : +; ecepatan <endah =aya gaya inersia dan ,iskositas sangat dominan saat efek
efek kompresibilitas diabadikan '. +; > - : % ecepatan 2inggi !ecara prinsip sangan dominan begitu juga similaritas -ach. ;. % > - > 5 ecepatan supersonic
3ada bagian ini hanya perlu memakai similaritas -ach untuk menjaga efek kompresibilitas. . -7 5 ecepatan supersonic
Dimana aliran gan tidak dapat dengan lama diasumsikan
sebagai gas ideal.
2. &an$aa! Wind Tunnel
Wind Tunnel digunakan untuk mensimulasikan keadaan sebenarnya pada benda uji yang berada dalam pengaruh gaya aerodinamik pada bidang aerodinamika kinerja mekanika terbang dari suatu benda terbang yang dapat diuji secara e?perimental dengan peralatan sistem pendukung yang memiliki
%+
kemampuam ukur derajat kebebasan (de#ree of freedom%! yaitu gaya Ft&rust! Fwei#&t! Fdra#! Flift! Fwei#t&! momen! 'pitc&! mrdl! 'yaw. Objek yang dapat
dianalisa sangat luas oleh karna itu dibagi menjadi beberapa sub klasifikasi.
Dalam bidang desain kendaraan moderen menuntut bentuk yang futuristik tetapi hambatan angin dapat direduksi sehingga penggunaan bahan bakar dapat lebih efisien. <eduksi koefisien drag didapat melalui pengujian menggunakan terowongan angin. !elain itu dalam desain kendaraan menuntuk kesetabilan yang tinggi terutama saat menikung sehingga membutuhkan gaya tekan kebawah (down force ne#ati$e lift ) yang optimal.
!elain di gunakan untuk desain kendaraan terowongan angin juga banyak dipakai dalam pengujian berbagai kondisi benda dalam aliran seperti
udara pada lingkungan perkotaan konstruksi pencakar langit dan lain8lain.
2. Kri!eria *e#ain
arakteristik sistem wind tunnel adalah kualitas aliran didalam test section dan kinerja secara keseluruhan. riteria utama yang la@imnya digunakan
untuk mendefinisikan karakteristik wind tunnel adalah maksimum kecepatan aliran udara yang dapat dicapai keseragaman aliran dan tingkat turbulensi yang rendah. Dengan kata lain tujuan desain wind tunnel adalah mendapatkan aliran udara dalam test section yang dapat diatur sehingga kinerja dan kualitas aliran dapat dicapai.
!kema layout open circuit wind tunnel yang akan dibangujn sebagai alat untuk bahan tugas akhir skripsi ini diperlihatkan pada gambar dibawah. !ecara
%%
garis besar ada 5 bagian utama yang terdiri dari settlin# c&am(er (inlet! &oneycom(! screen) contraction! test section! difusser dan fan.
Gambar 2. Skema!ik Open circuit Wind Tunnel
eterangan 1 %. )nlet '. *oneycom( ;. Screen . Contraction 5. Test Section /. Difusser
4. Fan "+ower Dri$e%
Settlin# c&am(er merupakan bagian paling depan sebuah wind tunnel! terdiri dari inlet (no.%) &oneycom( (no.') dan screen (no.;). *oneycom( digunakan untuk meluruskan arah udara sehingga paralel dan seragam sedangkan
Settlin# c&am(er 123 + , , , , +ower dri$e
%'
screen ditunjukkan untuk mengurangi turbulensi. Contraction (no.) memaksa udara dengan ,olume besar melalui luas area yang lebih kecil untuk meningkatkan kecepatan angin. Test section (no.5) adalah tempat uji dimana model dari suatu bendaobjek dipasang. !ebuah difusser (no./) diletakkan setelah test section untuk
melancarkan aliran udara ketika dialirkan keluar. Disamping itu difusser meningkatkan ,olume udara sehingga melambatkan aliran udara keluar wind tunnel . 0agian terakhir wind tunnel adalah penggerak dimana sebuah fan (no.4) ditempatkan. 3enempatan fan dibagian paling akhir ditujukan untuk menarik udara ke dalam wind tunnel dan ini lebih baik karena lebih sedikit menghasilkan turbulensi dibandingkan dengan tipe (low (tiup).
!pesifikasi utama wind tunnel adalah dimensi test section dan kecepatan maksimum dengan kualitas aliran yang diharapkan di test setion. Dimensi test section dapat ditentukan dengan model yang akan ditempatkan di test section dan
tujuan aplikasinya di bidang aeronautika otomotif dan sebagainya. !ebaliknya kualitas aliran merupakan hasil dari keseluruhan desain dan hanya dapat di,erifikasi setelah wind tunnel selesai dibangun. -eski demikian beberapa aturan desain untuk menghasilkan kualitas aliran yang diinginkan dapat diikuti lihat misalnya (-etha (%*4*) 3ope (%*&)). Aturan tersebut terkait dengan rekomendasi yang berhubungan dengan desain bagian wind tunnel yakni settlin# c&am(er! contraction! difusser! dan fan.
2.+ Komponen Wind Tunnel Open Circuit
!ecara umum desain dan konstruksi open circuit low speed wind tunnel harus memperhatikan kualitas aliran di dalam test section (yakni keseragaman
%;
aliran dan le,el turbulensi balik arah a?ial maupun lateral). Demikian perlu dipertimbangkan juga aplikasi wind tunnel apakah untuk bidang aeronautika mekanikal otomotif atau bidang lainnya seperti sipil arsitektur dan lingkungan dan sebagainya. #al ini akan berpengaruh terhadap target bilangan reynolds yang ingin dicapai. 0erikut adalah penjelasan desain masing masing komponen open circuit wind tunnel.
2.+.1 Settling Chamber
Settlin# c&am(er merupakan tempat masuknya aliran pertama kali dalam open circuit wind tunnel type suction (hisap). 0agian ini merupakan ruang penyesuaian aliran agar aliran udara di test section diperoleh keseragaman aliran dan juga le,el turbulensi yang rendah baik dalam arah a?ial maupun dalam arah lateral. =ambar '. menunjukkan skematik settlin# c&am(er dengan &oneycom( didalamnya.
*oneycom( dan screen diperkenalkan pertama kali oleh 3randti dan sampai saat ini masih diaplikasikan di setiap wind tunnel . *oneycom( digunakan untuk menyeragamkan aliran dan mereduksi turbulensi arah lateral tetapi juga menyebabkan terjadinya turbulensi dalam arah aial dengan ukuran sama dengan diameter &oneycom(nya. Dalam desain &oneycom(! parameter yang digunakan panjang terhadap diameter cell &oneycom( dan rasio yang disarankan berkisar
dalam range / &. 2urbulensi dalam arah a?ial akibat penggunaan &oneycom( dapat direduksi dengan memasang screen.
%
Gambar 2. Settling Chamber
Dalam desain settlin# c&am(er direkomendasikan kombinasi penggunaan &oneycom( dan screen (!cheman 1 %*&%). Bebih lanjut !cheman and 0rooks (%*&%) merekomendasikan penggunaan screen secara seri. 3anjang spasi antara screen +.' dari diameter settling chamber (-etha and 0radshaw 1 %*4*).
2.+.2 Contraction
Contraction atau disebut juga ,no--le mengakselarasi aliran dari settlin# c&am(er menuju test section juga mereduksi ketidak seragaman aliran di test section. 3arameter akselarasi dan ketidak seragaman aliran sangat bergantung pada rasio konstraksi yakni rasio luas penampang pada saat masuk dan keluar
contaction. Dalam desain rasio konstraksi sedapat mungkin dibuat cukup besar. #al ini sangat berpengaruh pada dimensi wind tunnel secara keseluruhan. !emakin besar rasio maka dimensinya juga semakin tinggi dan tentu akan menambah cost pembuatan wind tunnel. ompromi perlu dilakukan untuk
%5
mendapatkan rasio konstraksi yang sesuai dengan harapan yakni kualitas aliran yang ingin dicapai.
3engaruh contraction terhadap kualitas aliran cukup kompleks 3randti (%*;;) menyatakan bahwa rasio rms (root/mean/s0uare) fluktuasi kecepatan a?ial terhadap fluktuasi kecepatan rata rata akan tereduksi dengan faktor %n'. !ementara dalam arah lateral hanya tereduksi dengan faktor n (n adalah nilai kontraksi). #al ini diperkuat oleh 0radshaw and -etha (%*4*) yakni dalam komponen kecepatan sumbu ? (a?ial) reduksi fluktuasinya ternyata lebih besar dibandingkan fluktuasi trans,ersal (lateral) ini berarti fluktuasi lateral akan meningkat melalui contraction. Dengan menambahkan screen pada settlin# c&am(er fluktuasi dapat diminimalkan.
Gambar 2.+ Contraction
Umumnya rasio kontraksi antara / sampai %+ dan dapat menaikkan kecepatan rata rata sampai '+ kali atau lebih (0arlow 1 %***). adang kadang
%/
digunakan rasio kurang dari / tetapi sebaiknya tidak lebih kecil dari . #al ini untuk menjaga kualitas aliran yang masih dapat diterima. Dan dengan pembuatan bentuk yang baik (terutama bagian dalam kontraksi) turbulensi dan ketidakseragaman aliran pada le,el 'C dapat dicapai. Dengan menambahkan screen pada settlin# c&am(er le,elnya dapat direduksi sampai +.5C. Agar le,el
turbulensi dapat dikurangi disarankan rasio kontraksi diatas &. Be,el turbulensi yang dapat dicapai berkisar +.%C dalam arah a?ial dan sekitar +.;C dalam arah lateral. Dengan le,el ini pengujian akurat aeronautika dapat dilakukan.
0agian dalam dari contraction haruslah smoot& agar distribusi tekanan pada dinding contraction tidak terjadi ad$erse pressure #radient . 6ika hal ini terjadi maka akan ada daerah di dinding yang mengakibatkan adanya separasi lapisan batas secara lokal. #al ini berimplikasi kenaikkan turbulensi le,el yang pada akhirnya menghasilkan kualitas aliran yang buruk di test section.
2.+.3 Test Section
Test Section merupakan tempat dimana model yang akan diuji ditempatkan. Oleh karenanya kecepatan yang diinginkan dan kualitas liran pada test section harus menjadi perhatian utama ketika mendesain sebuah wind tunnel . Ukuran (dimensi) dan kecepatan maksimum dari test section ditentukan oleh ukuran model yang digunakan dan nilai bilangan reynolds maksimum yang dapat dicapai.
Ukuran model "frontal area% sebaiknya %+C dari ukuran ( frontal area) test section agar diperoleh aliran yang terbebas dari pengaruh interferensi dinding
%4
pembatas dan wake di sudut sudut test section. Untuk aplikasi dengan model otomatif akan selalu ada daerah separasi aliran di model tersebut. ni karena frontal area tidak berbentuk streamline seperti pada model aeronautika. !ehingga
aliran tertahan oleh adanya geometri model atau disebut juga masalah (locka#e. Disamping itu rasio lebar terhadap tinggi model otomotif lebih besar dari model aeronautika sehingga ukuran panjang test section harus mencukupi kondisi terjadinya penyatuan kembali aliran setelah separasi aliran. #al ini agar tekanan pada daerah separasi menjadi benar dan tidak terjadi pengaruh ke komponen gaya drag. husus untuk otomotif ukuran model bukan %+C seperti di kasus aeronautika tapi disarankan 5C atau kurang (0arlow et al %*&*).
-etode koreksi untuk interferensi dinding dan blockage di model otomotif diberikan misalnya oleh -iskel (%*4/) ooper. (%*&/).
Gambar 2., Test Section
3enampang test section umumnya berbentuk persegi yang direkomendasikan untuk banyak aplikasi seperti aeronautika teknik sipil aplikasi
%&
industri dan otomotif. Ba@imnya digunakan rasio perbandingan lebar terhadap tinggi test section adalah 1; dengan nilai tersebut diharapkan rasio ketebalan lapisan batas di bagian test section menjadi lebih kecil dibandingkan model arah span (bentang). !eperti telah diuraikan sebelumnya panjang test section haruslah mencukupi untuk aplikasi otomotif. 0arlow et al (%*&*) merekomendasikan panjang antara +.5 ; dari diameter hidrolik test section.
2.+. Diffuser
"ungsi utama difusser adalah reco$ery tekanan statik untuk meningkatkan efisiensi wind tunnel . Adalah sangat penting menjaga aliran agar tetap menyatu (attac&ed flow). 6ika terjadi detac&ment flow (pemisahan) maka tekanan akan ditransmisikan ke test section akibatnya terjadi ketidakseragamn tekanan dan kecepatannya. Untuk menghindari detac&ment flow direkomendasikan sudut buka difusser tidak melebihi 5o.
Gambar 2.- Difusser 2.+. Power Drive (Fan %an &o!or)
%*
"ungsi utama penggerak daya adalah menjaga kecepatan aliran udara dalam wind tunnel tetap konstan dan mengkompensasi semua kerugian ( loss) dan disipasi tekanan. Eolume udara dapat dihitung dengan hasil kali antara kecepatan pada test section yang diinginkan E dengan luas penampang test section.
Daya yang diperlukan oleh motor merupakan fungsi dari kenaikan tekanan ,olume udara dan efisiensi fan.
Gambar 2. Fan %an &o!or
2., Kipa# (Fan)
ipas ( fan) adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menghasilkan aliran pada fluida gas seperti udara. Dimana kipas menghasilkan aliran fluida dengan
debit aliran yang besar pada tekanan rendah kipas banyak diaplikasikan seperti untuk kenyamanan ruangan (kipas mejadinding) sistem pendingin pada kendaraan atau sistem permesinan ,entilasi penyedot debu sistem pengering (dikombinasikan dengan &eater ) membuang gas8gas berbahaya dan juga supply udara untuk proses pembakaran (seperti pada boiler). 9amun dalam hal ini fan
'+
juga dapat digunakan sebagai alat bantu untuk menghasilkan aliran udara untuk pengujian aerodinamis pada wind tunnel .
Gambar 2.1/ Keepa!an0 !ekanan0 %an %aa $an (B In%ia0 2//)
2.,.1 K"a#i$ika#i Fan
0erdasarkan prinsip kerja aliran udara Fan dapat diklasifikasikan dalam ' (dua) tipe yaitu1 a1ial fan dan centrifu#al fan.
2.,.1.1 Axial Fan
!esuai dengan namanya a1ial fan menghasilkan aliran fluida gas dengan arah yang searah dengan poros kerja kipas tersebut. ipas tipe ini adalah yang paling banyak penggunaannya di kehidupan sekitar kita. #al tersebut tidak
terlepas dari kemudahan desain serta harga yang lebih ekonomis jika dibandingkan dengan kipas sentrifugal. arena desainnya yang tidak terlalu rumit
'%
serta dapat menghasilkan flow yang besar kipas ini banyak digunakan sebagai alat pendingin pada berbagai keperluan. Dari pendingin 3U hingga komponen pendingin mesin kendaraan bermotor menggunakan kipas tipe aksial bahkan dalam pembahasan ini fan a1ial digunakan sebagai salah satu alat bantu untuk me nghasilkan flow yang dimanfaatkan untuk pengujian aerodinamis pada wind tunnel .
A1ial fan dapat dibagi menjadi ; jenis yaitu1 tu(e/a1ial fan $ane a1ial fan dan propeller fan.
%. Tu(e/a1ial fan lebih efisien dari pada propeller fan dengan ciri &ousin# fan yang berbentuk silinder dipasang tepat pada radius ujung (lade dan
diaplikasikan untuk sistem pemanas ,entilasi air conditionin# dan industri serta untuk menghasilkan flow sebagai pengujian aerodinamis pada wind tunnel. arena fan tipe tu(e a1ial fan memiliki konstruksi fan yang sesuai cocok untuk diaplikasikan pada wind tunnel dengan tekanan rendah dan jumlah ,olume udara yang dialirkan besar.
'. 2ane a1ial fan merupakan fan a?ial dengan efisiensi tinggi dengan ciri &ousin# fan yang berbentuk silinder dipasang tepat pada radius (lade dan diaplikasikan untuk sistem sistem pemanas ,entilasi dan air conditionin# yang memerlukan aliran lurus dan efisiensi tinggi.
;. +ropeller fan merupakan desain dasar fan aksial yang diaplikasikan untuk tekanan rendah dan ,olume udara yang dialirkan sangat besar ,olume. Fan jenis ini biasa diaplikasikan untuk sistem ,entilasi yang menembus tembok.
''
Gambar 2.11 Tipe fan axial %an ben!uk bladena
2.,.1.2 Centrifugal Fan
Centrifu#al fan menghasilkan aliran udara dengan mempercepat arus udara secara radial dan mengubah energi kinetik menjadi tekanan. Centrifu#al fan dapat menghasilkan tekanan tinggi dengan efisiensi tinggi dan dapat dibuat dalam berbagai tingkat kondisi operasional. Fan jenis ini memiliki beberapa jenis (lade.
a b
dA e
';
Gambar 2.12 Tipe blade Centrifugal fan
a. Forward cur$e fan memiliki kecepatan putar yang sangat rendah untuk mengalirkan sejumlah udara serta bentuk lengkungan (lade menghadap arah putaran sehingga kurang efisien dibandingkan tipe air foil dan (ackward inclined . Fan jenis ini biasanya diaplikasikan untuk sistem pemanas bertekanan rendah ,entilasi dan air conditionin# radial (lade fan secara umum yang paling efisien diantara centrifu#al fan yang
memiliki bentuk (lade mengarah titik poros. Fan jenis ini digunakan untuk pemindahan bahan dan industri yang membutuhkan fan dengan tekanan di atas menengah.
b. 3adial (lade fan secara umum yang paling efisien diantara centrifu#al fan yang memiliki bentuk (lade mengarah titik poros. Fan jenis ini
digunakan untuk pemindahan bahan dan industri yang membutuhkan fan dengan tekanan di atas menengah.
c. 3adial tip fan lebih efisien dibandingkan fan tipe radial (lade yang di desain tahan terhadap keausan dan aliran udara yang erosif.
d. Backward/inclined fan memiliki (lade yang lurus dengan ketebalan tunggal. Fan ini diaplikasikan pada sistem pemanas ,entilasi air conditionin# dan industri dimana (lade akan mengalami lingkungan yang korosif dan lingkungan yang erosif.
'
e. Air foil fan adalah tipe centrifu#al fan yang dikembangkan untuk memperoleh efisiensi tinggi. Fan ini diaplikasikan pada sistem pemanas ,entilasi air conditionin# dan udara bersih industri dimana penghematan energi sangatlah penting.
2.,.2 *a#ar Pemi"i'an Fan
3emilihan fan sangatlah penting untuk diperhatikan agar mendapatkan flow dan kapasitas fan sesuai yang diinginkan. Adapun dasar dasar dari pemilihan fan yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut 1
%. "- -#
"- (Cu(ic Feet per 'inute% -# (Cu(ic 'eter per *our ). yang berarti seberapa banyak udara yang fan hembuskan "- tinggi 8 berisik begitu juga "- rendah 8 silent. tapi tidak semua "- tinggi berarti berisik ada beberapa faktor yg berpengaruh.
'. d0a
d0a kepanjangan dari deci(el ad4usted ukuran untuk menyatakan tingkat kebisingan. semakin tinggi "- biasanya semakin tinggi d0a.
;.
<3-<3- ( 3otation atau 3e$olutions +er 'inute) besaran <3-<3- mengartikan bahwa berapa banyak fan bisa melakukan putaran satu lingkaran penuh selama satu menit. semakin tinggi <3- semakin besar tingkat kebisingannya.
'5
-ungkin ini salah satu yang biasa orang lupakan dalam memilih fan. static pressure adalah seberapa banyak fan menghembuskan dan menghisap udara melewati objek uji coba dalam wind tunnel. semakin besar static pressure semakin besar pula jumlah udara yg melewati test section pada wind tunnel . Static pressure tergantung dari design fan dan
turbulensi yang dibuat.
2.- &o!or i#!rik
-otor listrik adalah suatu perangkat yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. 3ada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. 3erubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnet. !ebagaimana kita ketahui bahwa 1 kutub8kutub dari magnet yang senama akan tolak8menolak dan kutub8 kutub tidak senama tarik8menarik. -aka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.
'/
Gambar 2.13 &o!or i#!rik
2.-.1 Prin#ip Ker4a &o!or i#!rik
3rinsip kerja motor listrik pada dasarnya sama untuk semua jenis motor secara umum 1
a. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya
b. kat kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaranloop maka kedua sisi loop yaitu pada sudut kanan medan magnet akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
c. 3asangan gaya menghasilkan tenaga putar tor0ue untuk memutar kumparan.
d. -otor8motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
'4
2.-.2 K"a#i$ika#i &o!or i#!rik
0erikut ini akan dijelaskan jenis jenis klasifikasi dari motor listrik motor D dan motor A. -otor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input konstruksi dan mekanisme operasi dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.
Gambar 2.1 K"a#i$ika#i &o!or i#!rik
2.-.2.1 &o!or *5 (Aru# Seara')
-otor Darus searah sebagaimana namanya menggunakan arus langsung yang tidak langsungdirect8unidirectional. -otor D digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
!ebuah motor D yang memiliki tiga komponen utama diantaranya adalah 1
%. utub medan. !ecara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor D. -otor D
'&
memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan (earin# pada ruang diantara kutub medan. -otor D sederhana memiliki dua kutub medan1 kutub utara dan kutub selatan. =aris magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub8kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Flektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
'. Dinamo. 0ila arus masuk menuju dinamo maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor D yang kecil dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub8kutub sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. 6ika hal ini terjadi arusnya berbalik untuk merubah kutub8kutub utara dan selatan dinamo.
;. ommutator. omponen ini terutama ditemukan dalam motor D. egunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. ommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
'*
Gambar 2.1+ &o!or *5
euntungan utama motor D adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. -otor D ini dapat dikendalikan dengan mengatur1
a. 2egangan dinamo 1 meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
b. Arus medan 1 menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. -otor D tersedia dalam banyak ukuran namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. 6uga motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. -otor D juga relatif mahal dibanding motor A.
6enis 8 jenis motor D searah ada diantaranya adalah akan dijelaskan sebagai berikut 1
;+
a. -otor D sumber daya terpisah Separately 51cited 6ika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor D sumber daya terpisahseparately e?cited.
b. -otor D sumber daya sendiri Self 51cited6 motor s&unt . 3ada motor shunt gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar '.%/. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
c. -otor D daya sendiri1 motor seri. Dalam motor seri gulungan medan (medan s&unt ) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo. Oleh karena itu arus medan sama dengan arus dinamo.
d. -otor D ompon=abungan. -otor ompon D merupakan gabungan motor seri dan shunt. 3ada motor kompon gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo. !ehingga motor kompon memiliki tor0ue penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. -akin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri) makin tinggi pula torGue penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. ontoh penggabungan +85+C menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat &oist dan derek sedangkan motor kompon yang standar
(%'C) tidak cocok.
;%
-otor A adalah sebuah motor lisatrik yang digerakkan oleh alternating current atau arus bolak balik (A). Umumnya motor A terdiri dari dua komponen utama yaitu stator dan rotor. seperti yang telah dijelaskan sebelumnya pada motor D stator adalah bagian yang diam dan letaknya berada di luar. stator
mempunyai coil yang di aliri oleh arus listrik bolak balik dan nantinya akan menghasilkan medan magnet yang berputar. bagian yang kedua yaitu rotor. rotor adalah bagian yang berputar dan letaknya berada di dalam (di sebelah dalam stator). rotor bisa bergerak karena adanya torsi yang bekerja pada poros dimana torsi tersebut dihasilkan oleh medan magnet yang berputar.
Gambar 2.1, &o!or i#!rik A5
=erakan yang ditimbulkan motor A dapat terjadi karena sumber arus A atau D. 2egangan sumber A dapat berupa satu fasa maupun tiga fasa. 6enis motor A berdasarkan rotornya diantaranya adalah 1
a. -otor !inkron
-otor !inkron adalah motor A tiga8fasa yang dijalankan pada kecepatan sinkron tanpa slip. -otor sinkron adalah motor A bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi tertentu. -otor ini
;'
memerlukan arus D untuk pembangkitan daya dan memiliki torsi awal yang rendah dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal untuk beban rendah seperti kompresor udara perubahan frekuensi dan generator motor. -otor sinkron mampu memperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakan pada sistem yang menggunakan banyak listrik.H%I
Gambar 2.1- &o!or Sinkron
Motor tipe ini berputar pada kecepatan sinkron, yang
diberikan oleh
persamaan berikut (3arekh '++;)1Dimana1
f J "rekwensi dari pasokan frekwensi (#@) 3 J jumlah kutub
b. -otor nduksi
-otor induksi adalah motor yang sumber tegangan ac nya dihubungkan pada stator bukan pada rotor. !tator adalah bagian dari motor ac yang
terdiri dari kumparan (batang konduktor yang dililiti kawat) yang statis (diam). etika ujung kawat stator dihubungkan dengan sumber tegangan A maka arus akan mengalir melalui kumparan stator. Akibatnya akan timbul medan magnet yang melingkari stator. -edan magnet yang
;;
dihasilkan akan memotong kawat rotor. <otor adalah bagian dari motor A yang bergerak (berotasi). Akibatnya kawat rotor akan timbul arus karena terkena medan magnet stator (hukum faraday). Arus yang timbul akan menghasilkan medan magnet pada rotor. 3utaran -edan magnet pada rotor akan melawan putaran medan magnet pada stator sehingga kawat rotor akan berputar. 3erbedaan kecepatan putaran medan magnet stator dengan medan magnet rotor dinamakan slip.
Gambar 2.1 &o!or In%uk#i
3ersamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip geseran (3arekh'++;)1
