ANALISA AERODINAMIKA DAN OPTIMASI BODY MOBIL SMART EV GENERASI TIGA DENGAN MENGGUNAKAN PEMODELAN CFD TIGA DIMENSI

commit to user

ANALISA AERODINAMIKA DAN OPTIMASI BODY MOBIL SMART EV GENERASI TIGA DENGAN MENGGUNAKAN

PEMODELAN CFD TIGA DIMENSI

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

AHMAD YUSUF NIM. I0411003

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

2017

commit to user

Jl lr sutami No. 36A Kentingan surakarta Telp. 0271 632163 web: mesin,ft.uns.ac.id

SURAT TUGAS PEMBTMBTNG DAN PENGUJT TUGAS AKHIR PROGRAM SAR ANA TEKNTK MESTN UNS

Program Studi :Sl Teknik Mesin irtomor : 05ii6rituSll01l2015

Nama NIM Bidang

Pembimbing L

Pembimbing 2

Penguji

:AHMAD _YUSUF :lO411OO3

:Konversi Energi

:D. DANARDONO, ST, MT, PhD/1969O514X.999O31OO1 :PURWADI TOKO WIDODO, ST, M.

KOM/19730126199?02 1001

: 1. DR, ENG. SYAMSUT HAD|, S.T., M.T./

197106151998021Oo2

2. Dr. BUDI KR|ST|AWAN, ST., MT./ 19ZlO42St999O3tOO1 3. Sukmaji lndro Cahyono, ST, MEng/

198308X82014041001

Mata Kuliah Pendukung

1..AERO DAN HIDRO DINAMIKA(MSO6O33.1O) 2.KOMPUTASI PERPINDAHAN PANAS(MSO6O53.1O)

3. MANA'EMEN ENERGI(MSO6123.15)

JudulTugas Akhir

,'ANALISA

AERODINAMIKA DAN OPTIMASI DESAIN BODY MOBIL SMART EV GENERASI TIGA DENGAN MENGGUNAKAN PEMODELAN _CFD TIGA DIMENSI"

Tembusan:

1. Mahasiswa ybs.

2. Dosen Pembimbing TA ybs.

3. K6iiidindt6r TA.

4. Arsip.

Halldari thal.

commit to user

ANALISA AERODINAMIKA DAN OPTIMASI DESAIN ^BODY MOBIL SMART EV GENERASI TIGA DEIIIGAN MENGGUI{AKAN PEMODELAN CFD TIGA

DIMENSI

Disusun Oleh

AHMAD YUSUF NiM : i64i.1003

wlDoDo, sT, M. KoM 1261997021001

Telah dipertahankan di depan Tim Dosen Penguji pada tanggal24-fJ7-2017,

1O:OO:OO, bertempat di M,1O1, Gd.l FT-UNS.

1.

^{On. rruc. SYAMSUL} HAD!, 5.T., M.i.

197106151998021002

2.

^{Dr. BUDI} TRISIEWEN, ST., MT.

L97LO425L999031001

3.

Sukmaji lndfo CahyoRo, !5T, MER!

198308t 82014041001

DR. NURUL MUHAYATI ST,MT NtP. 19710615199802tOO2

E@

NtP. 19700323199802 1001

commit to user

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Jika terdapat hal-hal yang tidak sesuai dengan ini, maka saya bersedia derajat kesarjanaan saya dicabut.

Surakarta, 17 Agustus 2017

Ahmad Yusuf

commit to user iii

HALAMAN MOTTO

“Cukuplah Allah sebagai penolong dan Allah sebaik-baik pelindung.”

(Q.S. Ali Imran : 173)

commit to user

ANALISA AERODINAMIKA DAN OPTIMASI BODY MOBIL SMART EV GENERASI TIGA DENGAN MENGGUNAKAN PEMODELAN CFD TIGA

DIMENSI

Ahmad Yusuf I0411003

Mahasiswa Program Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta Indonesia Ahmadyusuff62@gmail.com

+6285642938688

Abstrak

Kendaraan yang bergerak dengan kecepatan tertentu akan mengalami hambatan aerodinamika yang dipengaruhi oleh faktor bentuk dan aliran udara yang bersentuhan secara langsung pada permukaan kendaraan. Hambatan aerodinamika disebabkan oleh adanya penurunan tekanan dan separasi aliran yang terjadi pada bagian belakang kendaraan. Aliran udara yang bergerak secara teratur akan terpecah ketika terjadi separasi aliran sehingga menyebabkan terjadinya penurunan tekanan secara drastis dan menimbulkan hambatan aerodinamika. Pengembangan desain kendaraan merupakan salah satu upaya mengurangi besarnya hambatan aerodinamika pada kendaraan.

Konsep desain kendaraan dengan hambatan aerodinamika yang minimal akan mengoptimalkan engine power yang dihasilkan oleh kendaraan. Desain kendaraan dengan pola aliran fluida yang teratur di sekitar kendaraan akan memberikan efek positif terhadap hambatan aerodinamika pada kendaraan. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis hambatan aerodinamika pada model kendaraan dengan sudut kemiringan pada bagian kaca belakang. Model uji yang digunakan pada penelitian ini adalah mobil Molina UNS dengan variasi sudut kemiringan kaca belakang 52⁰, 54⁰, 54,47⁰, 56⁰, 58⁰, dan 60⁰. Pendekatan komputasi menggunakan software CFD Cfx 14.5 dengan model turbulensi k-epsilon standard. Kecepatan upstream diset pada kecepatan 22.2 m/s. Hasil penelitian menunjukan bahwa koefisien hambatan aerodinamika terkecil adalah 0,5141 yang terjadi pada model kendaraan dengan sudut kemiringan kaca belakang 60⁰.

Kata Kunci: separasi, hambatan aerodinamika, CFD

commit to user v

AERODYNAMIC ANALYSIS AND SMART EV THIRD GENERATION CAR OPTIMIZATION USING THREE DIMENSIONAL CFD MODELING

Ahmad Yusuf

Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, Surakarta, Indonesia

ahmadyusuff62@gmail.com

Abstract

Vehicle which moves at particular velocity will have an aerodynamic drag that stimulated by the shape and air flow factors on its surface. It is stimulated by the pressure drop and flow separation which develop at the tail side. The systematically mobilized air flow will split when the flow separation is generated, thus motivating a pressure drop and aerodynamic drag declined drastically. Automotive design development is one way to minimize it. Its minimalized concept would optimize engine power performance. The surround systematically mobilized air flow vehicle design will give a confirmatory effect to aerodynamic drag. The research objective was to analyze the aerodynamic drag from any different angle on the tail side of model. The MOLINA UNS automobile was exploited in this study with a variation 52^o, 54^o, 54.47^o, 56^o, 58^o, and 60^o of its tail side angle. The computational approach was generated by using Cfx 14.5 CFD software with k-epsilon standard turbulence model. It was set 22.2 m/s of upstream velocity. The result portrayed that the smallest value of aerodynamic drag coefficient was 0.5141 which occurred on 60^o of tail side angle

Keywords: separation, aerodynamic drag, CFD

commit to user

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nana Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Pemurah.

Segala puji dan syukur penulis panjatkan Allah Yang Maha Besar, karena berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyusun dan menyelesaikan laporan skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam penyelesaian skripsi ini tidak mungkin dapat terselesaikan tanpa bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar- besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini, terutama kepada:

1. Allah SWT yang telah memberikan kuasa, rahmat, berkah, dan hidayah- Nya.

2. Ayah dan ibu penulis yang selalu mencurahkan segala doa, daya dan kemampuannya untuk penulis sehingga penulis mampu menjadi seperti sekarang ini.

3. Bapak Dominicus Danardono selaku Dosen Pembimbing I yang selalu memberikan dukungan yang begitu banyak dan memberikan solusi ketika penulis mendapatkan kesulitan.

4. Bapak Purwadi Joko widodo selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan saran, solusi, dan bersedia membantu tata tulis dalam penyusunan laporan ini.

5. Bapak Budi Kristiawan, Bapak Sukmaji Indro Cahyono, dan Bapak Syamsul Hadi selaku dewan penguji yang telah memberikan saran dan kritik yang membangun. Terimakasih banyak atas segala masukan, kritik, dan saran yang telah diberikan kepada penulis.

6. Semua keluarga di Pekalongan yang telah memberikan doa dan dorongan semangat baik moril maupun materil kepada penulis selama pengerjaan skripsi ini.

commit to user vii

7. Seluruh rekan Teknik Mesin khusunya angkatan 2011 yang telah membantu dalam penyusunan laporan skripsi ini.

8. Seluruh pihak yang secara langsung maupun tidak langsung yang telah memberikan bantuan dan dukungannya dalam pembuatan laporan ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran serta kritik yang dapat membangun laporan ini agar menjadi lebih baik. Akhir kata semoga laporan ini dapat memberikan manfaat dan berguna bagi kita semua, Amin.

Surakarta, 17 Agustus 2017

Penulis

commit to user DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... .i

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ... ii

HALAMAN MOTTO ... iii

ABSTRAK ... iv

ABSTRACT ... .v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... ..x

DAFTAR TABEL ... .xi

DAFTAR RUMUS ... xii

DAFTAR LAMPIRAN ...xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 4

1.3 Batasan Masalah ... 4

1.4 Tujuan Penelitian ... 4

1.5 Manfaat Penelitian ... 5

1.6 Sistematika Penulisan ... 5

BAB II LANDASAN TEORI ... 6

2.1 Tinjauan Pustaka ... 6

2.2 Perhitungan Gaya Tahanan(drag) dan Gaya Angkat (Lift) ... 8

2.2.1 Gaya Angkat (Lift) ... 8

2.2.2 Gaya Hambat (drag) ... 9

2.3 Lapis Batas ... 11

2.4 Pengaruh Bentuk Bodi ... 12

2.4.1 Pengaruh Bentuk Bodi Bagian Depan dan Belakang terhadap koefisien Hambat ... 13

2.4.2 Pengaruh Bentuk Bodi Mobil Bagian Belakang (rear end) terhadap koefisien Hambat ... 14

commit to user ix

2.5 Bilangan Reynold ... 16

2.6 Metode Elemen Hingga ... 16

2.7 Modeling SolidWorks ... 17

2.8 Computational Fluid Dynamic (CFD) ... 17

2.8 Simulasi dengan ANSYS CFX 14.5... 18

2.8.1 Preprocesing ... 18

2.8.2 Simulasi dan Post processor ... 19

2.9 Pengujian Aerodinamika pada Ahmed Body ... 19

BAB III METODE PENELITIAN... 20

3.1 Alat dan Bahan ... 20

3.1.1 Alat ... 20

3.1.2 Bahan ... 20

3.2 Metode Penelitian ... 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 25

4.1 Validasi Pemodelan ... 25

4.2 Simulasi Mobil Molina UNS Generasi 3 ... 28

4.2.1 Simulasi Dengan Variasi Sudut Kaca Belakang ... 28

4.2.2 Hasil Simulasi Dengan Variasi Sudut Kaca Belakang ... 30

4.2.3 Hasil Simulasi Pada Variasi Kecepatan ... 32

BAB V PENUTUP ... 36

5.1 Kesimpulan ... 36

5.2 Saran ... 36

DAFTAR PUSTAKA ... 37

LAMPIRAN ... 39

commit to user DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pengaruh koefisien drag pada konsumsi bahan bakar ... 3

Gambar 2.1 Pengaruh kecepatan terhadap total drag ... 9

Gambar 2.2 Frontal area ... 10

Gambar 2.3 Lapis batas pada pelat datar ... 11

Gambar 2.4 Bentuk bodi terhadap nilai gaya hambat ... 12

Gambar 2.5 Perkembangan bentuk bodi kendaraan dari tahun ke tahun dan pengaruhnya terhadap nilai gaya hambat ... 13

Gambar 2.6 Pengaruh bentuk bodi depan dan belakang terhadap nilai koefisien hambat ... 13

Gambar 2.7 Rear end, (a) Squareback, (b) Fastback, (c) Hatchback ... 15

Gambar 2.8 Pengaruh kemiringan bagian belakang terhadap koefisien drag ... 16

Gambar 3.1 Molina UNS generasi 3 ... 20

Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ... 22

Gambar 3.3 Desain sederhana bodi Molina UNS generasi 3 ... 22

Gambar 3.4 Dimensi dari domain komputasi ... 23

Gambar 4.1 Ahmed body ... 25

Gambar 4.2 Body of influence ... 26

Gambar 4.3 Hasil meshing ahmed body dengan ANSYS ... 26

Gambar 4.4 Boundary Condition ... 27

Gambar 4.5 Dimensi mobil Molina UNS ... 28

Gambar 4.6 Domain pada mobil ... 28

Gambar 4.7 Hasil meshing pada mobil Molina UNS ... 29

Gambar 4.8 Grafik Cd terhadap variasi kemiringan kaca belakang pada kecepatan 80 km/jam ... 31

Gambar 4.9 Perbandingan distribusi tekanan pada kecepatan 60 km/jam ... 32

Gambar 4.10 Grafik perbandingan nilai koefisien drag seluruh model... 33

Gambar 4.11 Tampilan streamline kecepatan pada simetri ... 34

Gambar 4.12 Kontur tekanan variasi kecepatan ... 35

commit to user xi DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Kualitas Skewness Meshing ... 24

Tabel 4.1 Properties Material ... 27

Tabel 4.2 Parameter-parameter yang perlu diset pada CFX-Pre... 29

Tabel 4.3 Koefisien drag hasil simulasi ... 31

Tabel 4.4 Koefisien drag hasil simulasi dengan variasi kecepatan ... 32

commit to user DAFTAR RUMUS

Rumus 2.1 Rumus Gaya Angkat ... 9 Rumus 2.2 Rumus Gaya Hambat ... 11

commit to user xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data Hasil Model Uji ... 37

Lampiran 2 Distribusi Tekanan Hasil Model Uji ... 38

Lampiran 3 Streamline Kecepatan Model Uji ... 39

Lampiran 4 Distribusi Tekanan Model Uji Simetri ... 40

commit to user DAFTAR NOTASI

FL = Gaya Angkat (N)

CL = Koefisien Lift

𝜌 = Massa Jenis Udara (kg/m³)

V = Kecepatan Relatif Antara Kendaraan Dengan Udara (m/s)

A = Luas Frontal Area (m)

FD = Gaya Hambat (N)

CD = Koefisien Drag

𝛿 = Tebal Lapisan Batas (m)

L = Panjang Karakteristik (m)

𝑣 = Viskositas Kinematik Fluida

𝑉_∞ = Kecepatan Relatif Fluida Terhadap Obyek