tudi kasus pengaruh perbandingan rusuk b/a = 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12 dengan Re = 3 x 10 4.

(1)

TUGAS AKHIR (KONVERSI ENERGI)

TM 091486

STUDI EKSPERIMENTAL DAN NUMERIK KARAKTERISTIK ALIRAN FLUIDA MELINTASI PRISMA TERPANCUNG Dengan PANJANG CHORD (L/A) = 4

’’Studi kasus pengaruh perbandingan rusuk b/a = 12/12, 5/12,

4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12 dengan Re = 3 x 10

4”

_.

Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Triyogi Yuwono, DEA

(2)

Latar Belakang

Aplikasi dari aliran fluida melewati suatu

body (eksternal body)

Aliran fluida yang melewati body prisma mengalami separasi, sehingga akan

menimbulkan gaya drag

Salah satu metode pengurangan gaya

drag, yaitu dengan menimbulkan

separasi bubble

(3)

Penelitian Lina Arfianti, dkk. (2009

Penelitian eksperimental dan numerik tentang

karakteristik aliran fluida melintasi prisma

terpancung

perbandingan rusuk b/a = 0/12, 1/12, 2/12, 3/12,

4/12, 5/12, 6/12, 7/12, 8/12, 9/12, 10/12, 11/12,

12/12,

Re= 53000, dan

panjang chord konstan (L/a) = 4.

(4)

Penelitian Lina Arfianti (2009)

HASIL :

 terjadi separasi bubble mulai dari leading edge prisma terpancung, yaitu pada sudut yaitu pada

sudut (θ = 14° (sisi upper) dan θ = 346° (sisi lower)) sampai dengan sudut (θ) tertentu yang bervariasi pada b/a = 12/12 - 5/12

 Untuk b/a= 4/12 – 0/12, terjadi separasi massive mulai dari leading edge prisma terpancung, yaitu

pada sudut yaitu pada sudut (θ = 14° (sisi upper) dan θ = 346° (sisi lower)) tanpa ada separasi

bubble

 semakin besar b/a maka titik separasi massive akan semakin maju

(5)

Penelitian Lina Arfianti (2009)

Semakin kecil b/a pada prisma terpancung, stream tube yang terbentuk akan semakin besar sehingga adverse pressure gradient yang terjadi semakin besar. Hal ini menyebabkan defisit momentum yang terjadi juga semakin besar.

nilai koefisien drag semakin naik dengan berkurangnya b/a

(6)

Perumusan Masalah

Penelitian terdahulu (Yuniar, dkk. 2009) terjadi separasi bubble mulai b/a = 12/12 - 5/12. Ketika sudut alas diperkecil atau b/a semakin kecil (b/a <<1) maka tidak

muncul separasi bubble

Re yang terlalu besar

Aliran Fluida Melintasi Prisma Terpancung dengan variasi perbandingan rusuk (b/a) yang serupa

Memperkecil Re menjadi 30.000

(7)

Tujuan Penelitian & Batasan Masalah

mengetahui pengaruh pengecilan Re menjadi 30.000 serta variasi

perbandingan rusuk (b/a) pada prisma terpancung terhadap kemungkinan

terjadinya separasi bubble.

Dilakukan dengan cara :

Mengukur distribusi tekanan kontur prisma Mengukur profil kecepatan dibelakang prisma

Visualisasi aliran dengan menggunakan oil flow picture Pemodelan dengan menggunakan fluent

a) Fluida kerja yang mengalir dalam kondisi Incompressible, steady dan uniform flow

pada upstream

b) Perpindahan panas diabaikan

c) Analisa hanya dilakukan pada prisma terpancung dengan perbandingan rusuk (b/a

= 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12)

d) Analisa aliran 2 dimensi

e) Kecepatan wind tunnel dianggap konstan, Re = 3 x 104

(8)

Prisma terpancung dengan Perbandingan Rusuk b/a = 12/12, 5/12,

4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12

Perbandingan Rusuk (b/a) : 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12

Pressure Tap : 71 buah Panjang Prisma (L) : 240 mm Lebar Prisma (W) : 600 mm

Wall pressure tap

w b a w L C_P= f (b/a) atau C_p =f (α) C_D= f (b/a) atau C_D =f (α)

Skema penelitian

Metode Penelitian (Eksperimental)

(9)

Inclined Manometer 15°

Pitot Static Tube

Alat Ukur Tekanan

Metode Oil Picture Flow pada Re = 3 x 104

mengoleskan campuran dengan perbandingan volume konstan

Acid oleic : titanium powder :

thinner A : silicon oil =

( 4 : 1 : 1 : 1)

Visualisasi Aliran

(10)

Metode Penelitian (Numerik)

Pemodelan dengan Software Gambit

Running Simulasi dengan Software Fluent

Post Processing

 Display Contour, Velocity, dan Pressure

 Model, Turbulen (k-epsilon)

 Material, air dengan ρ dan μ tertentu  _{Operating Conditions}

 Boundary Conditions, meliputi wall roughness dan inlet velocity

 _{Solution, Second Order}  Initialize

 _{Monitor Residual, penentuan kriteria konvergen, 10}-6

 Iterasi

(11)

8a 40a Inlet (VELOCITY INLET) Dinding Atas (WALL) Dinding Bawah (WALL) Outlet (OUTFLOW) b a L y x Prisma (WALL) 12a 12a

Domain Simulasi Numerik

(12)

Flo

w

chart

P

enelitian

&

Numerik

Y N Running Software Fluent

Memasukkan batas operasi, meliputi : Models, karakteristik turbulen

Materials, udara dengan ρ dan µ tertentu Operating conditions

Boundary conditions, inlet, wall dan outlet Solution, Second order

Initialize

Monitor residual, kriteria konvergensi Iterasi

Konvergen

Post Processing, tampilan pressure dan velocity

mulai

Pemodelan benda uji dan test section

Meshing serta kondisi batas end Pembahasan dan kesimpulan seles ai

Persiapan bahan uji dan peralatan uji Studi pustaka mulai Perumusan masalah Pemodelan grid dengan Gambit Analisa data Post Processing Pengambilan data (U∞,Ps,Po,velocity profile) Visualisasi dengan

oil flow picture

Pemodelan dengan fluent eksperimen

Pemodelan aliran dalam wind tunnel dengan variasi b/a

numerik

Flowchart Pen

elitian

dan

(13)

 Semakin besar b/a, distribusi tekanan akan semakin besar dan separasi bubble yang terbentuk semakin kecil.

 Terjadi separasi bubble pada prisma terpancung dengan b/a = 12/12 mulai dari leading

edge. Sedangkan pada 5/12 hingga 0/12, tidak terbentuk separasi bubble

.

 Semakin besar b/a maka wake yang terbentuk akan semakin sempit sehingga defisit momentum akan lebih kecil.

Hasil Penelitian

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Cp

Posisi dalam sudut, θ (degree)

(14)

Hasil penelitian

Semakin kecil perbandingan b/a, separasi bubble yang

terbentuk semakin besar, namun terbentuk hanya pada variasi b/a 12/12 ,5/12 dan 4/12.

Sedangkan pada variasi 3/12 hingga 0/12, belum

(15)

Hasil Penelitian

 Semakin besar nilai b/a maka koefisien total drag akan semakin menurun.  Didapatkan trend yang sama untuk grafik CDT dan nilai koefisein total Drag

yang relatif sama antara hasil eksperimen dan numerik.

(16)

Hasil Penelitian

 Pada Re = 30.000 menunjukkan koefisien drag yang lebih kecil bila dibanding dengan penelitian Yuniar, dkk, (2009) yang menggunakan Re = 53.000 dan juga Penelitian Aminatus, (2010).

(17)

Hasil Penelitian

Shape factor menurun dengan posisi x yang semakin mendekati trailing edge. Hal ini berlaku untuk variasi b/a pada 5/12 dan 12/12.

Semakin besar b/a maka nilai shape factor akan semakin kecil.

Menunjukkan bentuk velocity profile yang berkembang pada posisi trailing edge prisma. Dari gambar terlihat bahwa bubble hanya terbentuk pada variasi prisma 12/12 ,5/12 dan 4/12 saja.

(18)

Kesimpulan

• Dari penelitian secara eksperimen, terjadi separasi bubble pada prisma terpancung dengan b/a=12/12. Sedangkan untuk b/a=5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, dan 0/12 tidak ditemukan adanya separasi bubble.

• Pada penelitian secara numerik, ditemukan adanya separasi bubble pada prisma

terpancung dengan b/a= 12/12, 5/12, dan 4/12. Sedangkan untuk prisma terpancung dengan b/a= 3/12, 2/12, 1/12 dan 0/12 tidak ditemukan adanya separasi bubble. • Semakin kecil b/a pada prisma terpancung menyebabkan nilai distribusi tekanan (Cp)

semakin kecil.

(19)

Kesimpulan

• Pada Prisma terpancung yang dialiri aliran fluida maka akan terjadi defisit momentum . Semakin kecil b/a maka semakin besar pula defisit momentum yang terjadi.

• Pada grafik Cp dan velocity profile penelitian secara eksperimental dan numerik memiliki tren yang hampir sama, namun memiliki nilai yang sedikit berbeda. • Semakin kecil b/a pada prisma terpancung menyebabkan gaya drag yang terjadi

semakin besar. Pada Re yang lebih kecil (bila dibandingkan dengan penelitian Yuniar, dkk(2009)) yaitu sebesar 30.000, maka gaya drag yang terjadi juga semakin kecil. • Harga shape factor pada aliran fluida melintasi prisma terpancung yang mengalami

separsi bubble semakin menurun seiring dengan posisi yang mendekati trailing edge.