Jur usan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011

(1)

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2011

SIDANG TUGAS AKHIR

STUDI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK ALIRAN MELINTASI EMPAT SILINDER

SIRKULAR YANG TERSUSUN SECARA

IN-LINED

DENGAN JARAK ANTAR SILINDER

L/D = 4 DI DEKAT DINDING DATAR

”Studi Kasus Pengaruh Rasio Jarak Gap (G/D) =

0,8 ≤ G/D ≤ 1,0”

(2)

LATAR BELAKANG



Salah satu bentuk geometri

bodi yang banyak digunakan

dalam aplikasi teknik adalah

silinder sirkular.



Memfokuskan pada silinder

sirkular dekat dinding datar

untuk mengetahui karakteristik

aliran dan efektivitas

(3)

S.J. Price et.al (2001)

PENELITIAN TERDAHULU

Penelitian ini merupakan

visualisasi aliran pada silinder

sirkular di dekat dinding

Hasilnya digolongkan 4 bagian

yaitu :

1.G/D ≤ 0,125

2.0,25 ≤ G/D ≤ 0,375

3.0,5 ≤ G/D ≤ 0,7

4.G/D ≥ 1

Menggunakan 2 metode :

1. Flow Visualization

(4)

PENELITIAN TERDAHULU

0,5 ≤ G/D ≤ 0,75



Pengurangan ukurandaerah lower

yang terseparasi



Ukuran voertex aliran pada upper

sudah sangat kecil



Vortex shedding terjadi pada daerah

lower silinder

G/D ≥ 1

• Tidak terjadi separasi pada

dinding

(5)

PENELITIAN TERDAHULU



Re = 53000



Sudut iris (



s) = 0



, I-65





Jarak Gap =

0,533 ≤ G/D ≤ 1,00

dengan kenaikan G/D =

0,067

(6)

PENELITIAN TERDAHULU

Darmawan Noviantoro(2010)

• Susunan

tandem

• Variasi sudut potong silinder (θs) =

0 o

_{dan 53}

o

• Jarak

longitudinal

(

P/D

) = 1,5

Grafik Cp=f(θ) Silinder sirkular

upstream; downstream

dengan

(7)

PENELITIAN TERDAHULU

Wawan Aries Widodo, Triyogi Yuwono (2005)

• Adanya multi stagnation

• shear layer pada silinder

upstream dan downstream

sudah berkurang

• Efek bubble separation

(8)

PENELITIAN TERDAHULU

K.L

AM

& X. F

ANG

(1994)



D silinder = 12,7 mm



L (panjang) = 360 mm



(L/D) yang divariasikan =

1,26 – 5,8



Sudut putar



= 0



- 45



Skema silinder disusun secara

In-lined arrangements square

interfrensi silinder 1 dan 2 kecil,

wake terjadi pada silinder 3 dan 4

mengalami penurunan ketika L/D =

2.2 dan akan terus turun hingga

pada L/D ≤ 2.2.

Untuk

α

= 0 silinder 1 dan 4 memiliki

harga C

_L

negatif sebaliknya silinder 2

dan 3 memiliki harga C

_L

positif

(9)

Peneliti

Tahun

Benda Uji

G/D, G/B,

T/D

Re

θs

Visualisasi

M.M.

Zdravkovich

1985

Silinder Sirkular dekat

dinding

G/D 0

–

2 kali

diameter

Re (besar) = 4,8 x10

4

Re (kecil) =(7,2

–

140)x10

4

0 °

Price ,

et al.

2001

Silinder sirkular dekat

dinding

G/D

0,125;0,25;0,5;1

Re PIV = 1900

Re FV = 1200-1400

0 °

PIV dan Flow

visualisation

Hasbun Hadid

2010

Silinder sirkular side by

side dekat dinding

0,533 ≤ G/D ≤

1 T/D = 3

Re= 5,3x10

4

₀

_°

_{, 65}

_°

_metode

surface

oil-film

Darmawan

Noviantoro

2010

Silinder Sirkular Tandem

dekat dinding

0,533 ≤ G/D ≤

1 P/D=1,5

Re= 5,3x10

4

₀

_°

_{, 53}

_°

_{Oil flow}

picture

Wawan Ariws

dan Triyogi

Yuwono

2005

Empat silinder teriris tipe

D 53

0

P/D =

1,5;2;2,5;3;3,5;4;

4,5;5; 5,5

T/D = 2

Re = 6,9 x 10

4

53

0

Metode

Komputasi

K. Lam dan X.

Fang

1994

Empat silinder sirkular

secara

in-lined

L/D = 1,26

–

5,8

Re =1,28 x 10

4

₀

_°

Metode

Komputasi.

Sekarang

2011

4 Silinder sirkular tersusun

in-line dan dekat dinding

0,8

≤ G/D ≤ 1,0

Re= 5,4 x 10

4

₀

_°

Oil flow

picture

RESUME PENELITIAN

(10)

RUMUSAN MASALAH

Wawan Aries Widodo, Triyogi Yuwono (2005)



Susunan in-lined dengan

L/D

=4



S

ilinder sirkular



Re = 54.000



Variasi Rasio Gap

0,800≤

G/D

≤1,000



Karakteristik Aliran ?

(11)

BATASAN MASALAH

Kemungkinan terjadinya perpindahan panas dapat

diabaikan.

Fluida yang mengalir adalah udara dalam kondisi aliran

steady, incompresible dan uniform pada sisi upstream,

dengan bilangan Reynolds = 5,4 x 10

4 Analisa dilakukan pada 4 silinder sirkular yang tersusun

secara in-lined didekat pelat datar dengan L/D = 4 dan

variasi gap 0,800

≤

G/D

≤

1,00

(12)

)

(

D

G

f

C

_P



(

)

D

G

f

C

_D



₍

₎

D

G

f

C

_L



SKEMA PENELITIAN

METODE PENELITIAN

(13)

WIND TUNEL

(14)

BENDA UJI & PELAT DATAR



Panjang ( P ): 1200 mm



Lebar ( L )

: 660 mm



Bahan

: akrilik



Tebal

: 60 mm



Pressure tap : 55 buah

Benda uji

Pelat datar

PERALATAN



Jumlah silinder : 4 buah



Pressure tap

: 72 lubang (berjarak 5



mengelilingi silinder utama)



Variasi G/D

: 0,800; 0,867; 0,933; 1,00



Bahan : pipa PVC



Diameter ( D ) : 60 mm

(15)

ALAT UKUR

Pressure tranducer

Data akuisisi

Manometer

Pitot static tube

(16)

Kalibrasi Tranducer

PROSEDUR PENELITIAN

P = 154.58 i - 1862.8 0 50 100 150 200 250 12,3 12,5 12,7 12,9 13,1 13,3 13,5 P -M a n o m e te r (Pa ) i-Tranducer (mA)

Grafik P vs i

(17)

Langkah Penelitian

(18)

PROSEDUR PENELITIAN

Visualisasi Aliran

Visualisasi Dilakukan dengan

Metode

Oil flow picture

pada

Re

= 5,4 x 10

4 Dengan perbandingan campuran

Titanium powder : 4

Acid oleid

: 16

Thinner A

: 4

(19)

HASIL PENELITIAN

Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap

Koefisien Tekanan silinder sirkular yaitu

Silinder 1

(silinder upstream bawah ) dengan variasi

0,8≤G/D≤1

-1,6 -1,2 -0,8 -0,4 0 0,4 0,8 1,2 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 C o e ff ic ie n o f Pre ss u re ( C p) Sudut Contur (θ)

Cylinder 1

Centerline G/D = 0.800 G/D = 0.867 G/D = 0.933 G/D = 0.1000

G/D Titik Stagnasi Titik Separasi 0,8 350° Upper 80° Lower 270° 0,867 350° Upper 85° Lower 270° 0,933 355° Upper 90° Lower 265° 1 0° Upper 90° Lower 270° CTRL 350° Upper 90° Lower 270°

(20)

-1,6 -1,2 -0,8 -0,4 0 0,4 0,8 1,2 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 C o e ff ic ie n o f Pre ss u re ( C p) Sudut Contur (θ)

Cylinder 2

HASIL PENELITIAN

Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap

Koefisien Tekanan silinder sirkular yaitu

Silinder 2

(silinder upstream bawah ) dengan variasi

0,8≤G/D≤1

G/D Titik Stagnasi Titik Separasi 0,8 350° Upper 90° Lower 270° 0,867 0° Upper 90° Lower 275° 0,933 0° Upper 90° Lower 275° 1 0° Upper 90° Lower 270° CTRL 350° Upper 90° Lower 270°

(21)

-1,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 C o e ff ic ie n o f Pre ss u re ( C p) Sudut Contur (θ)

Cylinder 3

HASIL PENELITIAN

Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap

Koefisien Tekanan silinder sirkular yaitu

Silinder 3

(silinder upstream bawah ) dengan variasi

0,8≤G/D≤1

G/D Attachment Titik Separasi 0,8 335° Upper 130° Lower 230° 0,867 340° Upper 130° Lower 230° 0,933 340° Upper 130° Lower 220° 1 335° Upper 135° Lower 220° CTRL 350° Upper 130° Lower 230°

(22)

-1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 C o e ff ic ie n o f Pre ss u re ( C p) Sudut Contur (θ)

Cylinder 4

_Centerline G/D = 0.800 G/D = 0.867 G/D = 0.933 G/D = 0.1000

HASIL PENELITIAN

Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap

Koefisien Tekanan silinder sirkular yaitu

Silinder 4

(silinder upstream bawah ) dengan variasi

0,8≤G/D≤1

G/D Attachment Titik Separasi 0,8 335° Upper 125° Lower 230° 0,867 335° Upper 130° Lower 230° 0,933 335° Upper 135° Lower 230° 1 330° Upper 135° Lower 230° CTRL 350° Upper 120° Lower 225°

(23)

HASIL PENELITIAN

Visualisasi Aliran

Hasil visualisasi aliran melintasi empat silinder sirkular yang tersusun

in-line dan didekatkan pada dinding datar dengan variasi G/D = 0,800

(Sp=Titik Separasi; St=Titik Stagnasi; At=Attachment; Fws=Forward

Shear Layer; Bws=Backward Shear Layer)

G/D = 0,800

Separasi

massive

Silinder 1

Upper

65°

Lower

270°

Silinder 2

Upper

60°

Lower

265°

Silinder 3

Upper

100°

Lower

240°

Silinder 4

Upper

110°

Lower

250°

Attachment

_{Silinder 3}

Lower

345°

(24)

HASIL PENELITIAN

Visualisasi Aliran

Hasil visualisasi aliran melintasi empat silinder sirkular yang tersusun

in-line dan didekatkan pada dinding datar dengan variasi G/D = 0,867

(Sp=Titik Separasi; St=Titik Stagnasi; At=Attachment; Fws=Forward

Shear Layer; Bws=Backward Shear Layer)

G/D = 0,867

Separasi

massive

Silinder 1

Upper

70°

Lower

270°

Silinder 2

Upper

70°

Lower

270°

Silinder 3

Upper

110°

Lower

245°

Silinder 4

Upper

120°

Lower

255°

Attachment

_{Silinder 3}

Lower

345°

(25)

HASIL PENELITIAN

Visualisasi Aliran

Hasil visualisasi aliran melintasi empat silinder sirkular yang tersusun

in-line dan didekatkan pada dinding datar dengan variasi G/D = 0,933

(Sp=Titik Separasi; St=Titik Stagnasi; At=Attachment; Fws=Forward

Shear Layer; Bws=Backward Shear Layer)

G/D = 0,933

Separasi

massive

Silinder 1

Upper

75°

Lower

280°

Silinder 2

Upper

80°

Lower

280°

Silinder 3

Upper

110°

Lower

255°

Silinder 4

Upper

105°

Lower

245°

Attachment

_{Silinder 3}

Lower

345°

(26)

HASIL PENELITIAN

Visualisasi Aliran

Hasil visualisasi aliran melintasi empat silinder sirkular yang tersusun

in-line dan didekatkan pada dinding datar dengan variasi G/D = 1,00

(Sp=Titik Separasi; St=Titik Stagnasi; At=Attachment; Fws=Forward

Shear Layer; Bws=Backward Shear Layer)

G/D = 1,00

Separasi

massive

Silinder 1

Upper

75°

Lower

270°

Silinder 2

Upper

70°

Lower

270°

Silinder 3

Upper

105°

Lower

245°

Silinder 4

Upper

120°

Lower

265°

Attachment

_{Silinder 3}

Lower

345°

(27)

HASIL PENELITIAN

Gaya

Drag

&

Lift

0,0 0,5 1,0 1,5 0,800 0,867 0,933 1,000 Ni lai C L p d an C D p G/D Clp Sil.1 CLp Centerline CDp Sil.1 CDp Centerline -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 0,800 0,867 0,933 1,000 Ni la i C L p d a n C D p G/D Clp Sil.2 CLp Centerline CDp Sil.2 CDp Centerline 0,0 0,5 1,0 1,5 0,800 0,867 0,933 1,000 N il a i C L p da n C D p G/D Clp Sil.3 CLp Centerline CDp Sil.3 CDp Centerline -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 0,800 0,867 0,933 1,000 Ni lai C L p d an C D p G/D Clp Sil.4 CLp Centerline CDp Sil.4 CDp Centerline

C

_DP

& C

_LP

silinder 1

C

_DP

& C

_LP

silinder 2

(28)

HASIL PENELITIAN

Grafik Cp = f( x/D) dinding datar dengan

diletakkan empat silinder sirkular pada variasi

Grafik Profil Kecepatan empat silinder

pada variasi

0,8≤G/D≤1

Susunan 4 Silinder pada Variasi Gap

0,8≤G/D≤1

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C o e ff ic ie n o f Pre ss u re ( C p) x/D

Dinding

Centerline G/D = 0.800 G/D = 0.867 G/D = 0.933 G/D = 0.1000 Tanpa Susunan 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 y/ h u/Umax