Laporan Kerja Praktek: ANALISA PERFORMA WIND TUNNEL PADA PENGUJIAN AIRFOIL NACA-S1046 DI LABORATORIUM REKAYASA ENERGI BARU TERBARUKAN FT. UNTIRTA

(1)

ANALISA PERFORMA WIND TUNNEL PADA PENGUJIAN AIRFOIL NACA-S1046 DI LABORATORIUM REKAYASA

ENERGI BARU TERBARUKAN FT. UNTIRTA

Disusun oleh:

BIMA HESKA PUTRA NPM. 3331180051

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

2022

(2)

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTIRTA

ii

2 LEMBAR PENGESAHAN JURUSAN

(3)

iii

3 LEMBAR PENGESAHAN PERUSAHAAN

(4)

iv

4 LEMBAR PENILAIAN DARI PERUSAHAAN

(5)

v

5 KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan atas kehadirat Allah SWT. yang telah memberikan rahmat, kesempatan, dan kemudahan sehingga dapat melaksanakan kerja praktek serta dapat menyusun laporannya dengan baik

Tujuan penulisan laporan ini adalah untuk menginformasikan hasil analisa maupun kegiatan yang dilakukan selama masa kerja praktek yang harapannya dalam kerja praktek ini mahasiswa dapat mengembangkan keilmuan yang telah dipelajari dalam perkuliahan. Laporan kerja praktek yang disusun ini bertujuan sebagai informasi bagi para pembaca, dan sebagai bahan untuk melaporkan hasil kerja praktek kepada Jurusan Teknik Mesin FT. Untirta dalam rangka menyelesaikan salah satu syarat kelulusan di Jurusan Teknik Mesin FT. Untirta.

Dalam pelaksanaan kerja praktek dan penulisan laporan ini tentunya penulis tidak dapat berjalan tanpa adanya bantuan dalam segala aspek dan juga tanpa adanya bimbingan pembelajaran. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dhimas Satria, ST., M.Eng. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin FT.

Untirta yang telah memberikan arahan, bimbingan dan restu dalam pelaksanaan kerja praktek ini.

2. Ibu Shofiatul Ula, S.Pd.I., M. Eng. Selaku kordinator kerja praktek jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan masukan dan arahannya dalam administrasi dan pelaksanaan kerja praktek.

3. Bapak Sidik Susilo, ST., M.Sc., Selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran dan masukkan serta arahan dalam pelaksanaan perkuliahan.

4. Bapak Dr. Erwin, ST., MT. Selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu dan tenaga untuk memberikan bimbingan yang sangat

(6)

vi bermanfaat dalam pelaksanaan kerja praktek maupun dalam penulisan laporan kerja praktek.

5. Saudara Hilmy Maulana Yusuf, ST, selaku Pembimbing Lapangan dalam kegiatan kerja praktek yang telah memberikan arahan, dan ilmu yang sangat bermanfaat.

6. Pihak Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan, yang telah memberikan izin untuk dapat menerima ilmu dan mengembangkan diri serta mendapatkan data untuk keperluan analisa dalam pelaksanaan kerja praktek.

7. Kedua orangtua yang saya cintai, yang telah memberikan arahan dan dukungan dalam hal material serta moril.

8. Saudara Aqsha Heska Putra, yang telah memberikan segenap waktu dan tenaga untuk membantu dan memberikan dukungan moril kepada penulis.

Dengan selesainya penulisan laporan ini, saya berharap Allah SWT memberikan balasan yang terbaik kepada semua pihak yang telah membantu penulis. Semoga apa yang telah diselesaikan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dalam hal pengembangan ilmu pengetahuan.

Cilegon, 5 Januari 2022

Penulis

(7)

vii 6 DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... I LEMBAR PENGESAHAN JURUSAN ... II LEMBAR PENGESAHAN PERUSAHAAN ... III LEMBAR PENILAIAN DARI PERUSAHAAN ... IV KATA PENGANTAR ... V DAFTAR ISI ... VII DAFTAR TABEL ... IX DAFTAR GAMBAR ... X BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Kerja Praktek ... 3

1.4 Manfaat Kerja Praktek ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 4

1.6 Waktu dan Tempat Pelaksanaan Kerja Praktek ... 4

BAB II TINJAUAN UMUM LABORATORIUM 2.1 Sejarah Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan ... 6

2.2 Visi dan Misi Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan ... 6

2.3 Struktur Organisasi Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan... 7

BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Wind Tunnel ... 8

3.1.1 Jenis-jenis Wind Tunnel ... 8

3.1.2 Bagian Wind Tunnel ... 9

3.2 Prinsip Kerja Wind Tunnel ... 11

3.3 Karakteristik Aliran Fluida ... 13

3.4 Aerofoil (Airfoil) ... 14

3.5 Airfoil NACA-S1046 ... 15

(8)

viii BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Diagram Alir Penelitian ... 17

4.2 Spesifikasi Wind Tunnel ... 18

4.3 Persiapan Uji ... 19

4.4 Proses Pengujian ... 22

4.5 Analisa ... 23

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 25

5.2 Saran ... 26 DAFTAR PUSTAKA

(9)

ix

7 DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Spesifikasi Wind Tunnel ... 19 Tabel 4.2 Kecepatan angin dan frekuensi inverter ... 21

(10)

x

8 DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur Organisasi Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan

... 7

Gambar 3.1 Bagian Wind Tunnel ... 9

Gambar 3.2 Jenis Honeycomb pada Wind Tunnel ... 10

Gambar 3.3 Fan ... 11

Gambar 3.4 Prinsip Kerja Wind Tunnel Tipe Terbuka ... 12

Gambar 3.5 Prinsip Kerja Wind Tunnel Tipe Tertutup ... 12

Gambar 3.6 Jenis-jenis Airfoil ... 15

Gambar 3.7 Airfoil NACA-S1046 ... 15

Gambar 4.1 Diagram Alir Penelitian ... 17

Gambar 4.2 Wind tunnel Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan ... 19

Gambar 4.3 Testometer ... 21

Gambar 4.4 Inverter Drive Motor Output ... 21

Gambar 4.5 Proses pengujian ... 22

Gambar 4.6 Aliran fluida saat mengenai benda uji ... 22

(11)

1

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kerja Praktek merupakan mata kuliah wajib yang harus dipenuhi bagi setiap mahasiswa di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Kerja Praktek sebagai sarana pembelajaran bagi mahasiswa dan juga sebagai sarana bagi mahasiswa untuk mengembangkan potensi dirinya.

Hampir segala aspek kehidupan saat ini pasti memerlukan energi listrik untuk dapat berjalan dengan baik. di Indonesia sendiri, mayoritas sumber daya yang digunakan dalam proses pembangkit daya listrik adalah batubara.

Sebuah sumber daya alam yang dapat habis apabila terus digunakan. Pada tahun 2020, produksi primer listrik di Indonesia sebesar 178.139 GWh melalui Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dari total 271.170 GWh energi ynag diproduksi. Dari statistik tersebut, 65% energi listrik yang diproduksi di Indonesia masih menggunakan sumber daya batubara. Sisanya, berasal dari pembangkit listrik tenaga lainnya (Badan Pusat Statistik, 2021).

Indonesia memiliki banyak potensi alam yang dapat dimanfaatkan menjadi sumber energi baru terbarukan untuk membangkitkan energi listrik, salah satu potensi tebesar yang dimiliki yaitu aliran angin. Namun dalam pemanfaatan potensi angin dalam membangkitkan tenaga listrik sendiri masih belum banyak digunakan di Indonesia. Pembangkit listrik tenaga angin ini sendiri sudah ada di Indonesia yang dikenal dengan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) yang terletak di Kabupaten Sidenreng Rappang dan Kabupaten Jeneponto, Provinsi Sulawesi Selatan.

Tantangan terbesar dalam pemanfaatan energi baru terbarukan sebagai pembangkit tenaga listrik di Indonesia adalah bagaimana cara untuk

(12)

2 meyakinkan pemerintah bahwa pemanfaatan sumber energi angin ini dapat memenuhi kebutuhan listrik dalam negeri secara bersih dan ramah lingkungan. Hal ini tentu saja memerlukan riset dan penelitian mendalam terkait efisiensi pembangkit listrik tenaga angin. Bagian yang paling krusial dalam menentukan kinerja pembangkit listrik tenaga angin ialah turbin angin.

Rancangan dari turbin sendiri dapat diteliti dan dikembangkan lebih jauh seperti pada pemilihan rancangan bentuk turbin, dan material yang digunakan. Desain bilah yang digunakan pada turbin merupakan hal yang paling mempengaruhi efektivitas kerja turbin dan daya yang dihasilkan.

Setelah melakukan penelitian dan pengembangan, perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui seberapa efektif desain dari bilah turbin dan bagaimana reaksi fluida yang terjadi saat melewati bilah turbin angin itu sendiri. Untuk melihat bagaimana reaksi fluida terhadap turbin angin, dapat dilakukan pengujian aerodinamika dengan menggunakan Wind Tunnel (Terowongan Angin) setelah mendapatkan data, desain bilah turbin dapat dievaluasi dan dimodifikasi berasarkan hasil pengujian untuk mendapat performa yang diinginkan. Pada kerja praktek kali ini, penulis berkesempatan untuk lebih mendalami kinerja Terowongan Angin untuk menguji aerodinamika blade (bilah) turbin angin S1046 yang ada di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, dapat ditentukan rumusan masalah pada kerja praktek ini yaitu bagaimana cara kerja dari Wind Tunnel dan bagaimana performa dari wind tunnel pada saat dilakukan pengujian airfoil NACA-S1046 pada Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan.

(13)

3 1.3 Tujuan Kerja Praktek

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pelaksanaan kerja praktek kali ini adalah:

1. Tujuan Umum :

a. Untuk memenuhi persyaratan akademis yang harus ditempuh dalam upaya penyelesaian studi di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

b. Memperdalam pemahaman mengenai rekayasa energi sesuai dengan bidang konversi energi yang dipelajari di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

c. Pembelajaran mengenai penelitian dan pengembangan secara langsung untuk persiapan pelaksanaan tugas akhir.

2. Tujuan Khusus

a. Mengetahui praktek akademis yang dilaksanakan di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan.

b. Mempelajari kinerja dan perawatan fasilitas penelitian pada Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan secara keseluruhan.

c. Memahami kinerja wind tunnel dan pengoperasian fasilitas tersebut untuk melakukan pengujian aerodinamika.

d. Menganalisa performa wind tunnel pada pengujian blade S1046 di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan.

1.4 Manfaat Kerja Praktek

Pelaksanaan kerja praktek ini memiliki manfaat yang dapat dirasakan oleh mahasiswa. Beberapa manfaat dari kerja praktek yang dilaksanakan di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan ini ialah:

(14)

4 1. Terpenuhinya persyaratan akademis yang harus ditempuh dalam upaya

penyelesaian studi di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

2. Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami secara mendalam praktik akademis yang dilaksanakan di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan.

3. Perluasan keilmuan mengenai rekayasa energi, riset dan pengembangannya serta memiliki gambaran lebih tentang konversi energi yang telah dipelajari di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

4. Mendapatkan pengalaman riset, penelitian dan komponen pendukungnya secara langsung yang dapat diaplikasikan dalam pelaksanaan tugas akhir mahasiswa.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah yang ditetapkan dalam pelaksanaan kerja praktek di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan ini ialah:

1. Pembahasan yang dikhususkan pada analisa performa fasilitas wind tunnel

2. Data analisa performa wind tunnel yang diambil ialah data ketika dilakukan pengujian aerodinamika blade NACA-S1046

3. Proses pengambilan data dan analisa dilakukan di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan.

1.6 Waktu dan Tempat Pelaksanaan Kerja Praktek

Adapun waktu dan tempat pelaksanaan kerja praktek yang dilaksanakan oleh penulis ialah:

Waktu : 29 November 2021 – 7 Januari 2022

(15)

5 Tempat : Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan Fakultas Teknik

Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

Jl. Jendral Sudirman Km. 3, Kotabumi, Kecamatan Purwakarta, Kota Cilegon, Banten 42435 – Indonesia

Telp (+62-254) 376712

Dalam pelaksanaan kerja praktek penulis, keseluruhan dari kegiatan kerja praktek dilaksanakan secara langsung di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan. Mengingat kondisi pandemi yang masih berlangsung, kerja praktek dilaksanakan dengan ketentuan protokol kesehatan yang baik.

(16)

6

2 BAB II

TINJAUAN UMUM LABORATORIUM

2.1 Sejarah Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan

Pengesahan Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan sebagai laboratorium riset di Universitas Sultan Ageng Tirtayasa ini dilaksanakan pada tahun 2019 oleh Prof. Dr. Ir. H. Fatah Sulaiman, ST., MT selaku Rektor.

Laboratorium yang di pimpin oleh Dr. Erwin, S.T., M.T ini memiliki banyak fasilitas penelitian yang didatangkan satu persatu untuk dimanfaatkan oleh mahasiswa yang melakukan penelitian tugas akhir mengarah pada riset dan penelitian mengenai enegi baru terbarukan. Fasilitas mesin gasifikasi yang ada di laboratorium diberikan ole Bapak Juwito, ketua LIPI pada tahun 2015 melalui Dr. Didiet dari Jurusan Teknik Metalurgi Untirta sebagai fasilitator.

Laboratorium ini juga memiliki fasilitas turbin angin yang di rancang secara mandiri oleh Dr. Erwin, S.T., M.T sebagai hasil dari riset Strata-3 beliau dan juga memiliki turbin angin yang dirancang secara mandiri sebagai tugas akhir oleh saudara Wildane Aryabathi, S.T serta Saudara Muhammad Fauzan Amanullah, S.T. Kemudian terdapat fasilitas printer 3D yang diperoleh secara mandiri sebagai fasilitas pendukung bagi mahasiswa yang melaksanakan tugas akhir. Fasilitas wind tunnel juga diperoleh dari hasil rancangan saudara Farhan Adha Alfahma, Wahyu Nur Hidayat, dan saudara Arief Mukhlisin, mahasiswa mesin yang melaksanakan tugas akhir di laboratorium ini pada akhir tahun 2020.

2.2 Visi dan Misi Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan

Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan memiliki visi untuk mengembangkan produk-produk energi baru terbarukan yang sesuai dengan kondisi alam di Provinsi Banten. Visi ini juga berusaha untuk diwujudkan

(17)

7 dengan misi yang menunjang. Misi yang dimiliki oleh Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan ini ialah:

1. Melakukan riset terhadap potensi energi terbarukan di Provinsi Banten.

2. Perancangan dan pengembangan terhadap teknologi untuk menghasilkan energi baru terbarukan.

3. Menyelenggarakan pendidikan terkait energi baru terbarukan dan teknologi pendukungnya.

2.3 Struktur Organisasi Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan Berikut struktur organisasi yang terdapat pada Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

Gambar 2.1 Struktur Organisasi Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan (Sumber : Dokumen Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan)

Kepala Laboratorium Dr. Erwin, S.T., M. T.

Asisten Laboratorium Hilmy Maulana Yusuf, S.T.

M. Fauzan Amanullah, S.T.

Penanggungjawab Gasifikasi

Penanggungjawab Wind Tunnel

(18)

8

3 BAB III

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Wind Tunnel

Wind tunnel (Terowongan Angin) merupakan alat yang digunakan dalam penelitian mengenai aerodinamika untuk mempelajari karakteristik dari aliran udara. Wind tunnel digunakan untuk menyimulasikan keadaan sebenarnya pengaruh gaya-gaya aerodinamika dari satu benda yang diujikan. Dalam prosesnya, dapat terlihat perilaku aliran udara saat melewati benda uji. Hal tersebut diteliti lebih lanjut untuk mengetahui lift dan drag yang terjadi pada benda uji (Yorick, 2019)

Pengujian yang dilakukan dengan wind tunnel tidak hanya untuk melihat lift dan drag yang terjadi. Namun juga untuk mengetahui bagaimana perilaku benda uji ketika dihadapkan dengan simulasi aerodinamis dengan kecepatan angin yang berbeda-beda. Kecepatan angin ini dapat diatur sesuai kebutuhan.

3.1.1 Jenis-jenis Wind Tunnel

Wind tunnel dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kategori:

a. Berdasarkan kecepatan angin yang dihasilkan

Terdapat dua kategori wind tunnel yaitu low speed wind tunnel dan high speed wind tunnel.

b. Berdasarkan mode operasinya

Pengoperasian wind tunnel dapat dibagi menjadi tiga tipe pengoperasian, yaitu pressure storage type dan in-draft or pressure type.

(19)

9 c. Berdasarkan jenis ruang ujinya

Ruang uji (test section) pada wind tunnel dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu open loop, semi-senclosed loop, dan closed loop (NASA, 2021)

3.1.2 Bagian Wind Tunnel

Wind tunnel memiliki beberapa bagian yang dapat ditemui secara umum. Untuk dapat mengetahui lebih jelas mengenai bagian dari wind tunnel, dapat dilihat pada gambar berikut

Gambar 3.1 Bagian Wind Tunnel (Sumber : researchgate.net)

Bagian pada wind tunnel tersebut ialah:

1. Settling Chamber

Bagian ini terdiri dari layar (screen) yang berbentuk saringan kawat dan honeycomb yang berbentuk sarang lebah. Honeycomb berfungsi mengurangi tingkat tubulensi dan ketidakseragaman aliran udara yang masuk. Screen yang dipasang akan memecah turbulensi udara yang masuk sehingga tingkat turbulensi dapat dikurangi.

(20)

10 Gambar 3.2 Jenis Honeycomb pada Wind Tunnel

(Sumber : Simulation of honeycomb–screen combinations for turbulence management in a subsonic wind tunnel – ScienceDirect. Telah diolah kembali)

2. Contraction cone

Ukuran dan bentuk dari contraction cone menentukan tingkat turbulensi akhir di bagian test section. Fungsi dari contraction cone adalah mempercepat aliran udara dari settling chamber menuju test section dan membantu mengurangi ketidakseragaman serta tingkat turbulensi aliran udara yang masuk ke test section. Percepatan, ketidakseragaman, dan tingkat tubulensi aliran udara tergantung pada rasio kontraksi, yakni rasio luas penampang pada saat masuk dan keluar dari contraction cone.

3. Test section

Test section atau ruang seksi uji merupakan bagian dimana model uji ditempatkan. Oleh karena itu kecepatan yang diingkan dan kualitas aliran udara harus menjadi perhatian utama dalam perancangan sebuah wind tunnel.

4. Diffuser

Diffuser merupakan bagian wind tunnel yang terletak antara test section dan driver section. Bagian ini bertujuan untuk memperlambat aliran udara yang tinggi dari test section sehingga mencapai pemulihan tekanan statis dan mengurangi beban sistem drive.

(21)

11 5. Drive section

Drive section merupakan bagian dari wind tunnel yang terdiri dari kipas angin (fan) dan motor listrik yang bertujuan untuk menjaga kecepatan aliran udara dalam wind tunnel tetap konstan. Motor listrik yang digunakan yaitu motor listrik tiga fasa yang di atur dengan inverter untuk mendapatkan kecepatan angin yang diinginkan.

Gambar 3.3 Fan

(Sumber : AW 630E6 sileo Axial fan – Systemair)

3.2 Prinsip Kerja Wind Tunnel

Pada wind tunnel tipe terbuka, ketika motor listrik dihidupkan, fan yang terhubung pada motor listrik tersebut akan bekerja dan menghisap udara bebas dari luar dan masuk melalui bagian contraction. Aliran udara luar yang bersifat turbulen masuk melewati satu persatu lubang honeycombs lalu akan mengubah aliran menjadi laminar. Setelah itu memasuki ruang seksi uji (test section) yang aliran udaranya berubah menjadi cepat karna penyempitan ruang setelah contraction, lalu aliran udara memasuki diffuser dan mengalir ke udara bebas.

(22)

12 Gambar 3.4 Prinsip Kerja Wind Tunnel Tipe Terbuka

(Sumber : alamatlionairjakarta.blogspot.com)

Pada wind tunnel tipe tertutup, motor listrik dinyalakan dan akan bekerja untuk menggerakkan fan. Putaran fan menyebabkan aliran udara bergerak dengan kecepatan tertentu. Kemudian aliran udara tersebut belok dan diarahkan oleh sudu pengarah (vane), yang mengalirkan udara masuk kedalam contraction. Setelah melewati contraction, maka kecepatan aliran udara akan meningkat dan masuk kedalam test section. Setelah melalui test section, aliran udara tersebut masuk kedalam diffuser, dan kecepatan aliran udara akan turun. aliran udara tersebut tidak terbuang keluar lingkungan, melainkan dihisap kembali oleh fan untuk dialirkan kembali. Siklus angin ini terus berjalan selama wind tunnel tipe tertutup ini beroperasi.

Gambar 3.5 Prinsip Kerja Wind Tunnel Tipe Tertutup (Sumber : ilmuterbang.com. Telah diolah kembali)

(23)

13 3.3 Karakteristik Aliran Fluida

Aliran fluida dapat dikategorikan menjadi tiga, yaitu:

1. Aliran laminar

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan (lamina) dengan satu lapisan meluncur secara lancar. Dalam aliran laminar ini, viskositas berfungsi untuk meredam kecenderungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan, Aliran laminar memiliki bilangan Reynolds kurang dari 2300.

2. Aliran transisi

Merupakan aliran-aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen ataupun sebaliknya.

3. Aliran turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida lain dalam skala besar. Dalam keadaan aliran turbulen ini, turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata di seluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian aliran. Aliran turbulen memiliki bilangan Reynolds lebih dari 4000 (Yorick, 2019)

Pengujian aerodinamika pada wind tunnel memerlukan aliran laminar.

Pada bagian test section, aliran fluida yang bersifat laminar akan mengalir melewati objek dan dapat terlihat perilaku dari aliran fluida saat melewati objek. Apabila aliran yang mengalir melewati objek adalah aliran turbulen, perilaku dari aliran fluida yang melewati objek tidak akan terlihat dengan baik karena turbulensi aliran yang menyebabkan kerugian aliran.

(24)

14 3.4 Aerofoil (Airfoil)

Aerofoil (Airfoil) adalah bentuk penampang suatu benda yang apabila gerakannya searah dengan fluida, akan mampu menghasilkan gaya angkat yang signifikan. Aerofoil biasa ditemui pada sayap, layar, bilah baling-baling, rotor, dan bilah turbin. Benda padat yang bergerak melalui fluida akan menghasilkan gaya aerodinamis. Komponen gaya yang tegak lurus terhadap kecepatan aliran bebas relatif disebut gaya angkat (lift), sedangkan komponen yang sejajar dengan kecepatan aliran bebas relatif disebut drag.

Airfoil yang berbentuk ramping akan mampu menghasilkan gaya angkat yang jauh lebih besar dibandingkan dengan gaya hambat. Airfoil dirancang untuk digunakan pada kecepatan yang berbeda-beda dalam geometrinya. Airfoil untuk penerbangan subsonik, umumnya memiliki ujung depan yang membulat, sedangkan yang dirancang untuk penerbangan supersonik, akan cenderung lebih ramping dengan ujung depan yang tajam dan semuanya memiliki trailing edge yang tajam.

Gaya angkat pada airfoil disebabkan oleh sudut serang (angle of attack) dari airfoil. Ketika berorientasi pada sudut yang sesuai, airfoil akan membelokkan udara yang datang (untuk pesawat sayap tetap, gaya ke bawah), menghasilkan gaya pada airfoil dalam arah yang berlawanan dengan defleksi, gaya ini dikenal dengan gaya aerodinamis. Sebagian besar bentuk foil memerlukan sudut serang positif untuk menghasilkan daya angkat, tetapi airfoil yang melengkung dapat menghasilkan gaya angkat pada sudut serang nol. "Pemutaran" udara di sekitar airfoil ini menciptakan garis arus yang melengkung, menghasilkan tekanan yang lebih rendah di satu sisi dan tekanan lebih tinggi di sisi lainnya.

Perbedaan tekanan ini disertai dengan perbedaan kecepatan. Melalui prinsip Bernoulli, medan aliran yang dihasilkan airfoil memiliki kecepatan rata-rata yang lebih tinggi di permukaan atas daripada di permukaan bawah.

Dalam beberapa situasi, gaya angkat dapat berhubungan langsung dengan

(25)

15 perbedaan kecepatan rata-rata atas/bawah tanpa menghitung tekanan dengan menggunakan konsep sirkulasi.

Berikut gambaran dari jenis-jenis airfoil secara umum yang dipakai.

Gambar 3.6 Jenis-jenis Airfoil (Sumber : ilmuterbang.com. Telah diolah kembali)

3.5 Airfoil NACA-S1046

NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) airfoil adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang dapat memberikan gaya angkat tertentu terhadap suatu bodi lainnya. Dengan bantuan penyelesaian matematis, sangat memungkinkan untuk memprediksi berapa besar gaya angkat yang dihasilkan oleh suatu bodi airfoil. Geometri airfoil memiliki pengaruh besar terhadap karakteristik aerodinamika dengan parameter penting berupa Coefficient Lift (koefisien gaya angkat) dan kemudian akan terkait dengan lift (gaya angkat).

Gambar 3.7 Airfoil NACA-S1046 (Sumber : hindawi.com)

(26)

16 Seperti terlihat pada gambar 3.7 suatu airfoil terdiri dari beberapa bagian, yaitu:

1. Permukaan atas (Upper Surface) 2. Permukaan bawah (Lower Surface) 3. Mean camber line

Tempat kedudukan titik-titik antara permukaan atas dan bawah airfoil yang diukur tegak lurus terhadap mean camber line itu sendiri.

4. Leading edge

Titik paling depan pada mean camber line, biasanya berbentuk lingkaran dengan jari-jari mendekati 0,02 cm.

5. Trailing edge

Titik paling belakang pada mean camber line.

6. Camber

Maksimum antara mean camber line dan garis chord yang diukur tegak lurus terhadap garis chord.

7. Ketebalan (thickness)

Jarak antara permukaan atas dan permukaan bawah yang diukur tegak lurus terhadap garis chord (NASA, 2021).

(27)

17

4 BAB IV

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Diagram Alir Penelitian

Berikut ini merupakan diagram alir penelitian pada saat kerja praktek di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan.

Gambar 4.1 Diagram Alir Penelitian (Sumber : Dokumen Pribadi) Menentukan Rumusan Masalah

Ya

Tidak

(28)

18 4.2 Spesifikasi Wind Tunnel

Fasilitas yang menjadi fokus dari pelaksanaan kerja praktik penulis adalah wind tunnel. Wind tunnel tersebut dibangun oleh saudara Farhan Adha Alfahma, Wahyu Nur Hidayat, dan saudara Arief Mukhlisin, mahasiswa yang sedang mengerjakan tugas akhir yang ditujukan untuk menyelesaikan tugas akhir mereka dan menambah fasilitas pengujian di Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan Universitas Sultan Ageng Tirtayasa sehingga memudahkan pengujian yang berkaitan dengan wind tunnel.

Dalam perancangannya, fasilitas wind tunnel ini direncanakan untuk bisa mencapai kecepatan 7 m/s. Pada proses perakitannya, digunakan beberapa komponen, yaitu: motor listrik 3 fasa dengan daya 400 Watt yang mampu berputar hingga 3000 rpm sebagai penggerak fan dan diatur dengan inverter drive motor output. Pemindahan daya dari motor menuju fan menggunakan sebuah pulley.

Untuk menggerakkan udara, fan dengan nilai putaran maksimal 1350 rpm dan memiliki diameter 68 cm ini digunakan untuk menghasilkan kecepatan angin hingga 7 m/s, bahan dari bagian badan wind tunnel yang digunakan berupa plywood dengan tebal 12 mm. Plywood tersebut dilapisi dengan vinil pada sisi bagian dalam wind tunnel untuk meminimalisir koefisien gesek yang dialami udara hingga mendekati 0.

Wind tunnel ini juga memiliki honeycomb berbentuk silinder yang dibuat dari bahan pipa PVC. Wind tunnel ini memiliki test section berukuran 50 cm x 50 cm dengan panjang 80 cm yang dilengkapi kaca untuk melihat benda uji saat pengujian. Wind tunnel ini juga dilengkapi oleh alat smoker untuk menghasilkan asap yang membantu melihat gerak aliran fluida saat melewati benda uji. Asap ini dapat dihasilkan dengan campuran minyak telon dan vapor liquid yang diteteskan ke kapas pada mesin smoker. Terdapat beberapa buah lampu yang dipasang pada bagian dalam test section, untuk mempermudah melihat gerak aliran fluida.

(29)

19 Beberapa bagian pada wind tunnel ditambahkan styrofoam yang berfungsi sebagai dudukan tambahan dan juga berfungsi mengurangi getaran yang terjadi pada saat pengoperasian wind tunnel.

Gambar 4.2 Wind tunnel Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan (Sumber : Dokumen Pribadi)

Tabel 4.1 Spesifikasi Wind Tunnel

Komponen Spesifikasi

Motor Motor 3 fasa, 400 W, 3000 Rpm

Pulley Rasio motor dan fan 1,2 : 6

Inverter 1,9 kVA, 60 Hz

Fan D : 680 mm, V : 7 m/s

Body Plywood 12 mm

Honeycomb Pipa PVC 5/8 inch, L : 110 mm

Test section 800 mm x 500 mm x 500 mm

4.3 Persiapan Uji

Sebelum melakukan pengujian Airfoil NACA-S1046 dengan menggunakan wind tunnel, terdapat beberapa hal yang harus disiapkan, persiapan yang dilakukan adalah sebagai berikut:

(30)

20 1. Menyiapkan benda uji

Blade NACA-S1046 yang ukurannya sudah disesuaikan dengan test section pada wind tunnel ini disiapkan, dipasang dan dikencangkan agar pada saat pengujian, posisi dari blade tidak berubah.

2. Memeriksa kondisi wind tunnel

Sebelum pengujian, pastikan wind tunnel dalam keadaan yang baik, pastikan juga tidak ada yang menghalangi aliran angin yang masuk dari contraction dan aliran angin yang keluar dari diffuser. Periksa juga bagian pulley yang menghubungkan antara motor dan fan.

3. Memeriksa smoker

Periksa juga bagian smoker, aliran asap dapat keluar melalui pipa dan corong yang telah dilubangi. Pastikan pipa dan corong tidak tersumbat agar asap dapat keluar dengan baik dan aman.

4. Menyalakan wind tunnel

Menyambungkan motor listrik, inverter, dan smoker ke sumber listrik.

5. Mengatur inverter drive motor output

Pengaturan frekuensi pada inverter ini dilakukan untuk menghasilkan kecepatan angin yang di inverter ini dilakukan berdasarkan data yang diambil pada saat pengujian wind tunnel setelah proses perakitan. Setelah pengaturan inverter ini dilakukan, periksa kembali hasil pengaturan kecepatan angin dengan menggunakan testometer.

(31)

21 Tabel 4.2 Kecepatan angin dan frekuensi inverter

Kecepatan Angin Frekuensi Inverter

0,5 m/s 5,60 Hz

1 m/s 8,43 Hz

1,5 m/s 11,54 Hz

2 m/s 15,55 Hz

2,5 m/s 19,10 Hz

3 m/s 23,55 Hz

3,5 m/s 27,20 Hz

4 m/s 31,57 Hz

4,5 m/s 35,65 Hz

5 m/s 41,20 Hz

5,5 m/s 45,03 Hz

Gambar 4.3 Testometer (Sumber : Dokumen Pribadi)

Gambar 4.4 Inverter Drive Motor Output (Sumber : Dokumen Pribadi)

(32)

22 6. Memasang kamera

Kamera disiapkan untuk merekam proses pengujian blade yang dilakukan dengan wind tunnel. Kamera dipasang sedemikian rupa agar dapat merekam gerakan fluida yang melewati benda uji pada test section.

Pastikan kamera dapat beroperasi dengan baik pada saat pengujian.

Setelah semua persiapan telah dilakukan, maka pengujian Blade Airfoil NACA-S1046 dengan wind tunnel ini dapat dilakukan.

4.4 Proses Pengujian

Pengujian Blade Airfoil NACA-S1046 dilakukan dengan beberapa parameter. Pengujian dilakukan selama 30 detik dengan kecepatan angin 2,5 m/s. Selama pengujian berlangsung, direkam oleh kamera yang sudah disiapkan.

Gambar 4.5 Proses pengujian (Sumber : Dokumen Pribadi)

Gambar 4.6 Aliran fluida saat mengenai benda uji (Sumber : Dokumen Pribadi)

(33)

23 4.5 Analisa

Setelah melakukan pengujian, dapat diketahui bahwa wind tunnel dapat bekerja dengan baik pada saat pengujian. Getaran yang terjadi pada saat wind tunnel beroperasi tidak terlalu terasa. Styrofoam yang menjadi dudukan bekerja dengan baik mengurangi vibrasi. Bagian body wind tunnel ini juga kedap, tidak ada tanda-tanda kebocoran pada sambungan body wind tunnel yang mengganggu aliran fluida. Benda uji pada test section wind tunnel juga dapat terlihat dengan baik. Pencahayaan yang terdapat pada bagian dalam test section sangat membantu dalam melihat aliran fluida. Namun, pencahayaan ruangan tempat wind tunnel ini beroperasi harus redup. Hal ini untuk mencegah terjadinya backlight pada saat kamera merekam proses pengujian dan untuk mendapatkan hasil rekaman yang baik.

Terdapat beberapa kendala pada saat pengujian dilakukan. Pertama, pengaturan frekuensi inverter yang kurang sesuai dengan data yang telah diperoleh sebelumnya. Terdapat simpangan dari data frekuensi inverter yang telah didapat sebelumnya hal ini dikarenakan performaa inverter yang sudah menurun, sehingga harus dilakukan pengaturan frekuensi dan pengukuran kecepatan angin secara berulang untuk mendapatkan kecepatan angin yang diinginkan. Hal ini dapat ditanggulangi dengan melakukan maintenance (perawatan) pada inverter.

Kedua, smoker yang digunakan pada saat pengujian tidak dapat beroperasi secara optimal. Asap yang dikeluarkan tidak dapat mengalir secara kontinu. Hal ini dapat mengganggu analisa pergerakan fluida yang melewati benda uji. Lubang pada sudu pengarah asap yang terdapat pada mesin smoker yang sedikit tersumbat menjadi alasan mengapa aliran asap tidak optimal.

Diperlukan maintenance secara menyeluruh pada mesin smoker. Pada saat samoker dinyalakan, tidak disarankan untuk dioperasikan terlalu lama, karena asap yang keluar memiliki bau yang cukup menyengat dan juga dapat menghanguskan kapas yang ada di dalam alat smoker.

(34)

24 Terakhir, wind tunnel mengalami getaran yang cukup kuat apabila dioperasikan dalam performa tertinggi dengan frekuensi inverter 50 Hz. Pada pengujian sebelumnya, getaran yang terjadi tidak begitu terasa dan cenderung stabil. Hal ini disebabkan oleh dudukan motor listrik yang masih menjadi satu dengan rangka dudukan wind tunnel. Dudukan motor listrik dinilai memiliki keseimbangan yang kurang, sehingga terjadi getaran pada saat motor listrik beroperasi dengan performa tertinggi. Hal ini dapat menimbulkan kondisi yang tidak aman dan mengganggu kinerja dari wind tunnel serta menimbulkan kebisingan yang cukup mengganggu. Diperlukan peningkatan pada desain wind tunnel untuk mengurangi getaran pada performa tertinggi dan meningkatkan keamanan operasi wind tunnel.

(35)

25

5 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisa performa wind tunnel saat melakukan pengujian Blade NACA-S1046 pada kerja praktik ini, penulis dapat mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Wind tunnel pada pada Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan FT. Untirta ini merupakan wind tunnel system terbuka yang bekerja dengan menggerakkan angin masuk melewati diffuser dan contraction dengan fan, lalu menyalakan mesin smoker untuk melihat pergerakan fluida saat melewati benda uji yang telah dipasang pada test section.

2. Secara umum, fasilitas wind tunnel yang terdapat pada Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan FT. Untirta ini dapat bekerja secara optimal pada saat melakukan pengujian.

3. Untuk mendapatkan kecepatan angin yang diinginkan, harus mengatur frekuensi inverter dan mengukur kecepatan angin secara berulang.

4. Wind tunnel yang dioperasikan dengan menggunakan smoker tidak dapat dilakukan dalam waktu lama. Maka dari itu, diperlukan kamera untuk merekam proses pengujian agar dapat dianalisa lebih lanjut tanpa harus mengoperasikan wind tunnel dalam waktu yang lama.

5. Pencahayaan pada ruangan tempat beroperasinya wind tunnel ini harus disesuaikan agar mendapatkan hasil rekaman yang baik.

(36)

26 5.2 Saran

Berikut ini beberapa saran yang dapat disampaikan penulis, yaitu:

1. Melakukan perawatan (maintenance) pada Inverter dan Smoker pada wind tunnel agar dapat beroperasi secara optimal

2. Melakukan penelitian dan pengembangan, khususnya pada bagian smoker agar dapat dioperasikan lebih lama dan asap yang dihasilkan tidak berbau.

3. Melakukan penelitian dan pengembangan wind tunnel secara umum agar fasilitas wind tunnel dapat beroperasi lebih optimal dan dapat mencapai kecepatan angin yang lebih tinggi.

4. Melakukan studi banding dengan institusi lain yang memiliki wind tunnel untuk mendapatkan referensi dalam mengembangkan wind tunnel di masa mendatang.

(37)

27

6 DAFTAR PUSTAKA

Purmalino, Andres., & Nafisah, Intan. (2021). Neraca Energi Indonesia 2016-2020.

Jakarta, Indonesia: Badan Pusat Statistik Republik Indonesia.

Adha Alfahma, Farhan. (2021). Rancang Bangun Terowongan Angin (Wind Tunnel) Dengan Test Section 0,5 M x 0,5 M. Cilegon, Indonesia: Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

Kusuma Whardana, Wisnu. (2021). Pengaruh Penggunaan Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) Wrap Sebagai Perkuatan Balok Bertulang Pada Blade Turbin Angin Vertikal Jenis Daerrius H. Cilegon, Indonesia:

Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

De Valk, Yorick. (2019). A Novel Construction of Wind Tunnel Models for Wind Energy Applications. Enschede, Netherland: University of Twente.

Aliva, Muhammad Reza Maulana., Nugroho, Hapsoro. A., (2017). Prototipe Wind Tunnel Sebagai Kalibrator Anemometer. Jurnal Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, 4, 3

National Aeronautics and Space Administration (2021, Mei 13) Types of Wind Tunnel. https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/tuntype.html

(38)

28 Lampiran

Dokumentasi