MODIFIKASI GEOMETRI SEBAGAI PENGONTROL PASIF TERHADAP GAYA DRAG PADA SILINDER GANDA YANG TERSUSUN SECARA TANDEM

Transkripsi

1 MODIFIKASI GEOMETRI SEBAGAI PENGONTROL PASIF TERHADAP GAYA DRAG PADA SILINDER GANDA YANG TERSUSUN SEARA TANDEM Okasatria Novyanto 1 1 Puslit KIM-LIPI, Kawasan Pusitek-Serong okasatria@kim.lii.go.i INTISARI Interaksi aliran aa ua buah siliner sirkular an ua buah siliner tie I-53 0 yang masing-masing ari keua bentuk siliner tesebut tersusun tanem engan jarak longituinal (P/D) = 1,5 iteliti engan cara melakukan engujian ekserimetal aa sebuah win tunnel subsonic. Informasi yang ieroleh ari kajian ekserimental ini berua ata kuantitatif, seerti istribusi tekanan () aa siliner sirkular an siliner teriris tie I-53 0 yang masing-masing tersusun secara tanem, serta visualisasi aliran berua kontur keceatan (velocity athline). Interaksi aliran antara siliner sirkular an siliner teriris tie I-53 0 yang masing-masing tersusun secara tanem, memberikan informasi tentang reuksi gaya rag aa siliner teriris tie I-53 0 tanem yang begitu signifikan bila ibaningkan engan siliner sirkular tanem. Seluruh engujian ekserimental ini 4 ilakukan aa bilangan Reynols, Re = 5,3 10. Kata Kunci: Susunan tanem, Siliner tie I, Gaya rag ABSTRAT Interaction of flow on two circular cyliners an two I-53 0 tye cyliners which is arrange on tanem with longituinal istance (P/D) = 1,5 has been investigate by erforming test in a subsonic win tunnel. The information obtaine from this exerimental stuy in the form of quantitative ata, such as ressure istribution () on the circular cyliner an I-53 0 tye cyliners which is arrange tanem, also flow visualization in the form of contour velocity (velocity athline). Interaction of flow on two circular cyliners an two I-53 0 tye cyliners which is arrange on tanem, rovie information about the significant reuction of rag force on I-53 0 tye cyliners tanem when comare with circular cyliner tanem. All exerimental testing was 4 conucte at the Reynols numbe r, Re = 5,3 10. Keywors: Tanem arrangement, I-tye yliner, Drag force

2 1 PENDAHULUAN Struktur anjungan minyak leas antai (offshore structures) meruakan salah satu alikasi ari struktur berkelomok engan bentuk geometri siliner sirkular. Beban angin (win loa), beban akibat gelombang (wave loa), mauun akibat arus laut (current loa) meruakan 3 beban utama yang harus iertimbangkan alam erancangan struktur anjungan minyak leas antai. Hal ini erlu iertimbangkan karena ketiga beban tersebut akan sangat memengaruhi terhaa kekuatan mauun umur ari struktur anjungan minyak leas antai tersebut. Siliner sirkular yang iasang alam struktur berkelomok akan memunyai interaksi aliran yang sangat berbea jika ibaningkan engan struktur yang tunggal, meskiun geometri masing-masing siliner sirkular aa struktur berkelomok tersebut sama engan bentuk tunggalnya. Namun emikian, fokus utama enelitian biang mekanika fluia aa struktur berbentuk siliner sirkular, yakni mereuksi gaya-gaya aeroinamik yang timbul selama aliran fluia melingkui struktur tersebut. Reuksi gayagaya aeroinamik tersebut aat ikaitkan engan esain sebuah struktur, baik yang berkaitan engan imensi mauun emilihan material yang igunakan agar mamu menahan beban yang timbul selama struktur tersebut ialiri fluia engan keceatan tertentu. Salah satu ari gaya-gaya aeroinamik yang erlu iertimbangkan, yakni timbulnya gaya rag (rag force). Metoe engenalian asif meruakan salah satu metoe untuk mereuksi gaya rag engan cara memoifikasi geometri bluff boy, memberikan kekasaran aa ermukaan bluff boy atauun menematkan bluff boy kecil sebagai engganggu aliran [1]. Banyak enelitian terahulu yang membahas tentang metoe engenalian asif ini. Aiba an Watanabe (1997) telah melakukan enelitian engan menggunakan moel siliner teriris tie I an tie D aa Re = 3, Penelitian mereka kemuian ikembangkan oleh Tamotsu Igarashi an Yoshihiko Shiba engan memvariasikan 3 jenis suut iris untuk tie I an tie D, yakni : θ f < 50, 50 θ f 53º an θ f > 53º aa berbagai bilangan Reynols. Secara umum, mereka berhiotesis bahwa aa suut iris θ f = 53º meruakan suut iris yang aling efektif mereuksi gaya rag ibaningkan engan 4 siliner yang bersuut iris θ f < 50 an θ f > 53 aa Re =,6 10 Berangkat ari hal tersebut iatas, maka akan menjai suatu bahasan yang menarik jika ilakukan engujian i win tunnel Laboratorium Mekanika an Mesin Fluia, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS engan menggunakan siliner sirkular an siliner teriris [].

3 tie I 53º yang tersusun secara tanem i tengah-tengah win tunnel aa bilangan Reynols, Re 4 = 5,3 10. DASAR TEORI Fluia aalah sembarang zat (substance) yang jika ikenakan tegangan geser (shear stress) akan mengalami eformasi secara kontinyu walauun tegangan geser (shear stress) yang iberikannya kecil sekaliun..1 Aliran Viscous an Non Viscous (Invisci) Aliran viscous aalah aliran fluia yang memerhitungkan engaruh yang itimbulkan oleh viskositas fluia. Viskositas aalah sifat alamiah yang imiliki oleh fluia an berengaruh terhaa tegangan geser yang terjai aabila fluia tersebut mengalir melalui ermukaan aat. Viskositas menunjukkan ukuran ketahanan suatu fluia terhaa eformasi an erubahan bentuk. Seangkan aabila aliran tersebut efek ari viskositas fluianya tiak berengaruh atau aat iabaikan maka aliran tersebut inamakan aliran non viscous (invisci flow) [3]. Aliran fluia viscous yang melewati suatu ermukaan aat memunyai keceatan nol aa titik ersinggungannya an berakibat terjainya graien keceatan. Graien keceatan tersebut memengaruhi tegangan geser alam aliran fluia viscous, karena aa fluia Newtonian besarnya tegangan geser sebaning engan graien keceatan. Pengaruh tegangan geser berangsur-angsur berkurang engan bertambahnya jarak aliran fluia ari ermukaan aat. Paa jarak tertentu ari ermukaan aat engaruh tegangan geser terhaa aliran fluia menghilang sehingga aliran tersebut isebut aliran invisci. Paa aliran viscous, terbentuk bounary layer i ermukaan bena. Seangkan aa aliran invisci tiak terbentuk bounary layer. Paa aliran viscous, fluia yang melakukan kontak langsung engan sebuah ermukaan aat akan terkena engaruh tegangan geser ari ermukaan aat tersebut. Dengan kata lain antara aliran fluia terhaa ermukaan aat tiak terjai sli. Sehingga alam aliran viscous, tegangan geser iengaruhi secara langsung oleh viskositas fluia an graien keceatan yang aa alam aliran fluia tersebut. Secara matematis irumuskan : u τ = µ (1) y imana: τ aalah tegangan geser (shear stress), Pa

4 µ aalah viskositas absolut fluia, Pa. s u aalah graien keceatan, s y Paa aliran invisci, gaya yang berengaruh hanya ressure force an tiak aa tegangan geser yang berengaruh. Jai alam kasus ini viskositas fluia iangga tiak aa. Perbeaan antara aliran viscous an invisci secara lebih jelas igambarkan alam gambar 1. Gambar 1. Aliran viscous an invisci. Aliran omresibel an Incomresibel Aliran comresibel aalah aliran yang mamu mamat, yaitu sebuah aliran yang variasi ensitas fluianya signifikan (>5%) sehingga tiak aat iabaikan. Seangkan aliran incomresibel (tiak mamu mamat) aalah aliran yang variasi ensitas fluianya sangat kecil (<5%) sehingga aat iabaikan. omresibility aliran juga aat inyatakan engan bilangan Mach, yaitu: V M = () imana: M aalah bilangan Mach, tiak bersatuan V aalah keceatan aliran, m. s 1 aalah keceatan suara lokal, m. s 1 Bila harga M<0,3 aliran ikategorikan sebagai aliran incomresibel, seangkan bila harga M>0,3 aliran ikategorikan sebagai aliran comresibel..3 Aliran Laminar an Turbulen Aliran laminar meruakan aliran yang memunyai struktur gerakan aliran yang halus atau gerakan artikel-artikel fluianya berlais-lais. Seangkan aa aliran turbulen, gerakan artikel fluianya lebih acak engan arah tiga imensi. Gerakan acak tiga imensi ini menyebabkan bertambahnya momentum melintasi aliran utama sehingga meningkatkan gaya geser efektifnya. Hal ini berakibat tiak aanya korelasi yang universal

5 antara istribusi tegangan geser an istribusi keceatan rata-rata sehingga untuk menganalisa aliran turbulen sangat sulit kecuali melalui ata-ata hasil ercobaan an beberaa teori emiris yang menunjang. Paa aliran eksternal, batas antara laminar an turbulen tiak seasti aa aliran internal. Jika aa aliran internal, aliran laminar berkisar aa Re < 300 (Reynols number beasarkan iameter boy aat yang melingkui fluia) an aliran turbulen berkisar aa Re > 300. Seangkan aa aliran eksternal (misal : aa lat atar) aliran akan mengalami transisi ari laminar ke turbulen aa harga antara 5 10 Re x (Reynols number beasarkan jarak aa boy aat yang ilingkui fluia) engan konisi tana gangguan ari luar..4 Bilangan Reynols Aliran fluia baik itu internal flow mauun eksternal flow, akan mengalami erkembangan ari laminer kemuian transisi hingga aa akhirnya menjai turbulen. Paa konisi incomresibel flow, konisi aliran laminer atau turbulen aat inyatakan oleh bilangan tak berimensi yang ikenal engan bilangan Reynols. Bilangan Reynols meruakan erbaningan antara gaya inersia ari boy terhaa gaya geser yang itimbulkan oleh aliran fluia. Untuk aliran ialam ia, aliran ikatakan laminer jika memiliki Re < 300, seangkan jika Re > 300 maka aliran tersebut aat ikatakan sebagai aliran turbulen. Namun untuk eksternal flow seerti aliran yang melewati kontur siliner, aliran ikategorikan sebagai aliran laminer jika memiliki 5 Re x.10 seang jika 5 Re x 5.10 maka aliran tersebut termasuk alam aliran turbulen. Secara matematis, bilangan Reynols iformulasikan : imana: Re Re ρ. U. D = (3) µ aalah bilangan Reynols, tiak bersatuan ρ aalah ensitas fluia, kg. m 3 U aalah keceatan aliran freestream fluia, m. s 1 D aalah anjang karakteristik yang iukur aa mean aliran, m µ aalah viskositas absolut fluia, Pa. s

6 .5 Tekanan Statis, Tekanan Stagnasi an Tekanan Dinamis Tekanan statis aalah tekanan yang iukur engan menggunakan alat ukur yang bergerak bersama-sama engan aliran, artinya tiak aa keceatan relatif antara aliran engan alat ukur. Karena alat ukur harus ikut bergerak maka engukuran menjai sulit. Namun sesuai engan rinsi engukuran bahwa keceatan relatif antara alat ukur engan aliran haruslah nol maka engukuran aat ilakukan engan memasang alat ukur tegak lurus terhaa arah aliran aa ermukaan ining imana aliran aat ierlambat hingga nol akibat faktor gesekan aa ining. Hal ini mengingat bahwa tiak aa fluia yang ieal i ermukaan bumi sehingga keceatan aliran fluia aa ermukaan ining akan menjai nol. Alat ukur ini ikenal engan nama wall ressure ta an itot static tube. Tekanan statis i seanjang enamang saluran aalah sama sehingga tekanan statis aa ermukaan ining meruakan tekanan statis aliran aa enamang tersebut, hal ini sesuai engan rinsi Euler. Seangkan tekanan stagnasi (tekanan total) aalah tekanan yang iukur aa aerah imana aliran fluia ierlambat hingga nol engan tana roses gesekan (isentrois) an menabrak tegak lurus terhaa kontur surface. Paa aliran incomresibel, seanjang suatu streamline aat iterakan ersamaan bernoulli sebagai berikut: V + + g. z = c ρ imana: aalah tekanan aliran fluia, N. m (4) ρ aalah ensitas fluia, kg. m 3 V aalah keceatan aliran fluia, g aalah erceatan gravitasi, m. s m. s 1 z aalah ketinggian fluia yang iukur ari titik referensi tertentu, m Dalam engukuran tekanan stagnasi ( 0 ) imana keceatannya ( V0 ) ketinggian aliran fluia iagga sama ( z z ) aat iseerhanakan menjai: = s 0 = 1 aalah nol an maka ersamaan Bernoulli i atas o = = s Vs + ρ (5)

7 .7 Koefisien Tekanan, Koefisien Drag an Koefisien Lift Koefisien Tekanan Koefisien tekanan ( ) meruakan selisih antara tekanan total engan tekanan aliran bebas ibagi engan tekanan inamis aliran bebas (freestream), secara matematis irumuskan engan: imana : P c = 1. ρ. U aalah koefisien tekanan, tiak bersatuan c aalah tekanan statis lokal aa kontur, N. m (6) aalah tekanan statis aliran bebas, N. m 1. ρ. U aalah tekanan inamis aliran bebas, Koefisien Drag an Koefisien Lift N. m Bena yang terbenam alam aliran fluia yang bergerak (immerse boies) akan mengalami gaya-gaya akibat interaksi engan fluia. Gaya yang itimbulkan ini aat berua normal stress (tegangan normal) akibat ari tekanan fluia an shear stress (tegangan geser) yang isebabkan oleh viskositas fluia. Paa aliran ua imensi, gayagaya yang sejajar engan aliran fluia isebut rag forces (gaya rag) seangkan gayagaya yang tegak lurus engan arah aliran inamakan lift forces (gaya lift). Komonen gaya ke arah sumbu-x aalah gaya rag seangkan komonen gaya ke arah sumbu-y aalah gaya lift. Resultan ari tegangan geser an istribusi tekanan akan menghasilkan komonen gaya-gaya sebagai berikut: engan: (. A) cosθ ( τ. A) sinθ F x = + (7) (. A) sinθ ( τ. A) cosθ F y = + (8) Fx aalah komonen gaya ke arah sumbu-x, N Fy aalah komonen gaya ke arah sumbu-y, N aalah tekanan aliran fluia, N. m τ aalah tegangan geser (shear stress), Pa A aalah luasan enamang aliran fluia, m

8 Gambar. Profil gaya rag an gaya lift Gaya rag yang terjai aat berua skin friction rag yaitu gaya rag yang menyinggung ermukaan secara tangensial yang timbul sebagai akibat aanya viskositas (tegangan geser antara fluia an ermukaan bena) an ressure rag yaitu gaya rag yang tegak lurus terhaa ermukaan bena yang timbul karena aanya tekanan fluia. Resultan antara friction rag an ressure rag ini isebut gaya rag total yang irumuskan: engan: F = F + F (9) D F D FD Df D = cosθ.(. A) + sinθ.( τ. A) aalah gaya rag total, N FDf FD aalah skin friction rag, N aalah ressure rag, N Biasanya gaya rag sering ieksresikan alam bilangan tak berimensi yaitu koefisien rag yang iefinisikan sebagai total tegangan akibat rag force ibagi engan tekanan inamis aliran bebas (freestream), secara matematis irumuskan: engan: D D FD = 1/. ρ. U. A aalah koefisien rag, tiak bersatuan (10) FD aalah gaya rag total, N A aalah luasan enamang aliran fluia, m

9 1. ρ. U aalah tekanan inamis aliran bebas, N. m Koefisien rag juga aat ieroleh engan hasil integrasi ari istribusi tekanan seanjang kontur siliner utama yang meruakan kontribusi ari normal ressure atau ressure rag. Secara matematis irumuskan: engan: π 1 = ( θ ).cos( θ ) θ (11) D D 0 aalah koefisien rag, tiak bersatuan aalah koefisien tekanan, tiak bersatuan Gaya lift meruakan komonen gaya yang tegak lurus aliran free stream. Perbeaan keceatan fluia yang mengalir aa sisi atas an sisi bawah ari suatu bena aat menyebabkan terjainya erbeaan tekanan yang aat menimbulkan terjainya lift. Aaun koefisien lift ( L ) aat itunjukkan ari ersamaan berikut: L = 1 FL. ρ. U. A (1) engan: L L = 1 π 0 ( θ ).sin( θ ) θ aalah koefisien lift, tiak bersatuan FL aalah gaya lift total, N 1. ρ. U aalah tekanan inamis aliran bebas, A aalah luasan enamang aliran fluia, m aalah koefisien tekanan, tiak bersatuan N. m Integrasi tersebut iselesaikan engan metoe numerik aturan Simson 1/3 segmen bergana yang irumuskan sebagai berikut : n 1 n f ( xo ) + 4 f ( xi ) + f ( x j ) + f ( xn ) i= 1,3,5 j=,4,6 I ( b a) (13) 3n engan: b = π an a = 0 f(x o ) = (0).cos 0 an f(x n ) = (π).cos π untuk f(xo) = (0).sin 0 an f(x n ) = (π).sin π untuk L D

10 n aalah jumlah ata f(x i ) aalah erkalian ari fungsi ata gasal imana i = 1, 3, 5,...n-1 f(x ) aalah erkalian ari fungsi ata gena imana j =, 4, 6,...n- j sehingga secara seerhana menjai: 1 D = I (14) 1 L = I (15) 3 METODOLOGI 3.1 Skema ekserimental Skema ekserimental ari enelitian i Laboratorium Mekanika an Mesin Fluia, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS engan menggunakan siliner sirkular an siliner teriris tie I-53º yang tersusun secara Tanem i tengah-tengah win tunnel aa bilangan Reynols, Re 4 = 5,3 10 sebagaimana tamak aa gambar 3 an gambar 4 berikut ini. Gambar 3. Skema ekserimental siliner sirkular tersusun secara tanem Gambar 4. Skema ekserimental siliner teriris tie I-53º tersusun secara tanem

11 3. Bena Uji Gambar bena uji yang igunakan alam enelitian ini sebagaimana itunjukan aa gambar 5 berikut ini. Gambar 5. (a) Siliner sirkular (b) Siliner tie I-53 Paa ercobaan ini, bena uji yang igunakan berua buah siliner sirkular an buah siliner teriris tie I-53 yang tersusun secara tanem. Sesifikasi bena uji yang igunakan, sebagai berikut: - Bahan : PV - Pressure ta a. Siliner sirkular (θ s = 0 ) : 7 titik b. Siliner teriris tie I (θ - Jarak Longituinal : P/D =1,5 s = 53 ) : 60 titik 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil engujian i win tunnel Laboratorium Mekanika an Mesin Fluia, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS engan menggunakan siliner sirkular an siliner teriris tie I 53º yang tersusun secara Tanem i tengah-tengah win tunnel aa bilangan Reynols, Re = 5, sebagaimana itunjukan aa tabel 1 an tabel.

12 Tabel 1. Hasil erhitungan Koefisien Tekanan aa Siliner teriris tie I-53º tanem i centerline test section Suut Suut Kontur P P Kontur P P [Ustream] [Downstream] [Ustream] [Downstream] (º) (º)

13 Tabel. Hasil erhitungan Koefisien Tekanan aa siliner sirkular tanem i centerline test section Suut Suut Kontur P P Kontur P P [Ustream] [Downstream] [Ustream] [Downstream] (º) (º)

14 Analisa Distribusi Koefisien Tekanan aa Siliner Ustream Paa siliner sirkular an siliner teriris tie I-53 ustream yang iletakkan aa centerline, memunyai aliran yang simetri antara bagian uer an lower sehingga menghasilkan istribusi koefisien tekanan yang simetri. Dengan aanya istribusi koefisien tekanan yang simetri i bagian uer mauun bagian lower, maka tiak aa gaya lift yang timbul aa siliner ustream ini (nilainya sangat kecil) [4]. Gambar 6. Grafik =f(θ) Siliner sirkular ustream an siliner tie I-53 ustream Dari gambar 6 tamak bahwa letak titik stagnasi aa siliner sirkular terjai aa suut kontur θ=0 =360, imana aliran fluia menumbuk kontur siliner secara tegak lurus. Kemuian aa suut θ<360 i sisi lower an θ>0 i sisi uer, fluia akan mengalami flow accelerate yang iinikasikan engan enurunan tekanan an kenaikan keceatan aliran akibat streamtube yang semakin menyemit (convergence streamtube). Penurunan koefisien tekanan mencaai nilai minimum aa θ=65 (uer) an θ=95 (lower). Setelah mencaai nilai koefisien tekanan minimum (P[min]), streamtube semakin melebar (ivergen streamtube) sehingga fluia mengalami eningkatan tekanan (averse ressure graient). Hal ini mengakibatkan artikel-artikel fluia i alam bounary layer mengalami erlambatan. Selain itu, aanya tegangan geser aa ermukaan ining (kontur) siliner juga mengakibatkan momentum fluia yang mengalir iatasnya menjai berkurang. Karena momentum yang igunakan untuk mengalirkan fluia suah tiak mamu lagi mengatasi averse ressure graient an tegangan geser yang terjai maka

15 aliran akan mengalami searasi massive, sebagaimana itunjukan aa θ=80 i sisi uer an θ=80 i sisi lower. Dari grafik istribusi koefisien tekanan ( ), tamak bahwa untuk siliner teriris tie I-53 ustream yang iletakkan aa enterline, terjai multi stagnasi yang itunjukan engan harga = 1 i beberaa titik aa biang irisan, yaitu aa θ 30 an 330 θ 360. Untuk aliran fluia yang terefleksikan ke sisi uer an ke sisi lower, momentum aliran fluia akan tersearasi aa ujung emotongan, yakni aa θ=53 untuk aerah uer an aa θ=307 untuk aerah lower. Dengan kata lain, momentum aliran yang terefleksi ari sisi tegak siliner tie I-53 ustream tersebut akan berinteraksi (bertemu) engan momentum aliran bebas (free stream). Aanya interaksi ari keua momentum aliran tersebut, maka intensitas turbulensi aliran akan meningkat. Karena momentum aliran free-stream lebih kuat ari momentum aliran yang terefleksi, maka momentum aliran fluia tersebut akan attach kembali aa ermukaan lengkung siliner. Konisi yang emikian itu akan menorong transisi aliran ari laminar menjai turbulen lebih ceat engan itanai aanya bubble searation aa kontur ermukaan siliner tersebut, yakni aa θ=73-83 untuk aerah uer an aa θ= 77-9 untuk aerah lower. Dengan aanya bubble searation ini, maka akan memicu searasi massive lebih tertuna ke belakang, yakni aa θ=108 untuk aerah uer an aa θ=5 untuk aerah lower. Analisa Distribusi Koefisien Tekanan aa Siliner Downstream Untuk siliner ownstream, semua koefisien tekanannya berharga negatif, sebagaimana itunjukan aa gambar 7. Hal ini terjai karena aanya searasi shear layer ari siliner ustream baik siliner sirkular mauun siliner teriris tie I-53 sehingga menimbulkan wake yang melingkui seluruh kontur ermukaan siliner ownstream. Aanya uncak (eak) aa siliner sirkular ownstream, yakni aa θ=75 i aerah uer an aa θ=90 i aerah lower menginikasikan terjainya re-attachment shear layer yang berasal ari searasi shear layer siliner sirkular ustream. Paa aerah uer, shear layer akan terisah menjai ua. Satu akan menuju ean (forwar shear layer) an akan tersearasi i bagian ean aa θ=35. Seang satu lagi, backwar shear layer akan terus menelusuri kontur siliner an akan tersearasi i bagian belakang aa θ=15. Untuk aerah lower, shear layer juga akan terisah menjai ua. Satu akan menuju ean (forwar shear layer) an akan tersearasi i bagian ean aa θ=315. Seang

16 satu lagi, backwar shear layer akan terus menelusuri kontur siliner an akan tersearasi i bagian belakang aa θ=35. Gambar 7. Grafik =f(θ) Siliner sirkular ownstream an siliner tie I-53 ownstream Seangkan aa siliner teriris tie I-53 ownstream yang iletakkan aa centerline test section engan jarak P/D=1,5 menunjukkan bahwa momentum fluia yang tersearasi massive ari siliner ustream menimbulkan wake yang melingkui seluruh kontur ermukaan siliner ownstream, sehingga tekanan aa kontur ermukaan siliner ownstream semua berharga negatif. Aanya uncak (eak) aa θ=30 i aerah lower siliner tie I-53 ownstream, menginikasikan terjainya re-attachment shear layer yang berasal ari searasi shear layer siliner ustream. Setelah re-attach, shear layer terisah menjai ua. Satu akan menuju ean (forwar shear layer) an akan tersearasi i bagian ean aa θ=319. Seang satu lagi, backwar shear layer akan terus menelusuri kontur siliner an akan tersearasi i bagian belakang aa θ = 4. Analisa Visualisasi Aliran melintasi Siliner Sirkular yang Tersusun Secara Tanem Hasil visualisasi aliran melintasi siliner sirkular yang tersusun secara tanem i centerline test section, sebagaimana itunjukan alam gambar 8. Dari gambar tersebut tamak bahwa titik stagnasi aa siliner sirkular ustream terjai aa suut kontur θ=0 =360, imana aliran fluia menumbuk kontur siliner secara tegak lurus. Kemuian aliran tersearasi i aerah uer aa θ=80 an i aerah lower aa θ=80.

17 Gambar 8. Hasil visualisasi aliran melintasi siliner sirkular tanem (S=Titik Searasi; St=Titik Stagnasi; BS=Backwar Searation; At=Attachment; FS=Forwar Searation) Seangkan aa visualisasi aliran siliner sirkular ownstream tamak bahwa terjai re-attachment shear layer yang berasal ari searasi shear layer siliner ustream. Re-attachment terjai aa suut kontur θ=70 i aerah uer an θ=90 i aerah lower. Paa aerah uer, shear layer akan terisah menjai ua. Satu (backwar shear layer) akan terus menelusuri kontur siliner an akan tersearasi i bagian belakang aa θ=115, seang satu lagi (forwar shear layer) akan menuju ean an akan tersearasi i bagian ean aa θ=40. Seangkan aa aerah lower, shear layer juga akan terisah menjai ua. Satu (backwar shear layer) akan terus menelusuri kontur siliner an akan tersearasi i bagian belakang aa θ=35, seang satu lagi (forwar shear layer) akan menuju ean an akan tersearasi i bagian ean aa θ=310. Analisa Visualisasi Aliran melintasi Siliner Tie I-53 Tanem Untuk hasil visualisasi aliran melintasi siliner tie I-53 yang tersusun secara tanem i centerline test section, sebagaimana itunjukan alam gambar 9. Dari gambar tersebut tamak bahwa multi stagnasi aa siliner tie I-53 ustream terjai aa suut kontur θ= 0-30 an juga aa suut kontur θ= , imana aliran fluia menumbuk kontur siliner secara tegak lurus. Kemuian aliran tersearasi i aerah uer aa θ=53 an i aerah lower aa θ=307. Karena momentum aliran fluia yang sebagian besar terefleksikan langsung tersearasi massive aa ujung emotongan an momentum aliran fluia aa sisi free stream lebih besar, sehingga menyebabkan momentum fluia yang terefleksikan ari sisi tegak siliner tie I-53 ustream akan attach kembali aa kontur

18 ermukaan, baik i sisi uer mauun i sisi lower (sisi celah). Konisi yang emikian itu akan menorong transisi aliran ari laminar menjai turbulen lebih ceat engan itanai aanya bubble searation aa kontur ermukaan siliner tie I-53 ustream tersebut, yakni aa kisaran (range) suut kontur θ=58-68 untuk sisi uer an θ=9-30 untuk sisi lower. Dengan aanya bubble searation, maka searasi massive aliran fluia akan lebih tertuna ke belakang, yakni aa suut kontur θ=98 untuk sisi uer an aa suut kontur θ=6 untuk sisi lower. Gambar 9. Hasil visualisasi aliran melintasi siliner tie I-53 tanem (S=Titik Searasi; Mst=Titik Multi stagnasi; BS=Backwar Searation; At=Attachment; FS=Forwar Searation) Searasi ari shear layer siliner tie I-53 ustream ini akan re-attach aa kontur ermukaan siliner tie I-53 ownstream, yakni aa suut kontur θ=53 i sisi uer an θ=307 i sisi lower. Paa aerah uer, shear layer akan terisah menjai ua. Satu (backwar shear layer) akan terus menelusuri kontur siliner an akan tersearasi i bagian belakang aa θ=103, seang satu lagi (forwar shear layer) akan menuju ean an akan tersearasi i bagian ean aa θ=35. Seangkan aa aerah lower, shear layer juga akan terisah menjai ua. Satu (backwar shear layer) akan terus menelusuri kontur siliner an akan tersearasi i bagian belakang aa θ=57, seang satu lagi (forwar shear layer) akan menuju ean an akan tersearasi i bagian ean aa θ=330. Dari enjelasan iatas, baik aa visualisasi siliner sirkular tanem mauun siliner tie I-53 tanem aat itabulasikan sebagai berikut.

19 Tabel 3. Perbaningan hasil visualisasi i centerline test section Siliner Posisi Stagnasi Posisi Searasi Massive (º) (º) Uer Lower Sirkular Ustream Tie I 53 Ustream 0 30; Sirkular Downstream Tie I 53 Downstream Dari informasi iatas tamak bahwa teraat erbeaan osisi suut kontur (eviasi) antara hasil engukuran engan hasil visualisasi aliran. Hal ini iuga karena kekasaran ermukaan kertas visualisasi aliran (merk agang: Asturo) yang lebih besar ari aa kekasaran ermukaan bena uji (bahan: PV). Aanya kekasaran ermukaan yang lebih besar, maka tegangan geser yang terjai juga akan lebih besar. Sehingga, bila ibaningkan engan ermukaan bena uji tana ibungkus kertas visualisasi aliran, maka momentum yang igunakan untuk mengalirkan fluia akan lebih ceat berkurang alam mengatasi averse ressure graient an tegangan geser yang terjai. Akibatnya, osisi titik searasi massive ari hasil visualisasi aliran akan terjai lebih awal ibaningkan engan osisi titik searasi massive ari hasil engukuran. Selain itu, aa siliner tie I-53 ownstream, secara seintas tamak teraat erbeaan yang signifikan antara hasil engukuran engan hasil visualisasi. Namun setelah iamati engan seksama, fenomena ini bukanlah meruakan suatu masalah. Hal ini aat ijelaskan sebagai berikut. Bahwa salah satu karakteristik ari siliner tie I-53 yang tersusun secara tanem, yakni ketika itematkan i centerline test section akan menghasilkan wake yang bergolak [5]. Dengan ergerakan wake yang seerti itu, maka aa kemungkinan isatu sisi terjai re-attachment seangkan isisi yang lain langsung terlingkui oleh searasi shear layer siliner tie I-53 ustream (tiak aa re-attachment), sebagaimana tamak ari grafik istribusi koefisien tekanan aa siliner ownstream i centerline test section atau bahkan aa keua sisi tersebut terjai re-attachment, sebagaimana itunjukan ari hasil visualisasi aliran aa siliner tie I-53 tanem i centerline test section. Secara umum, hasil visualisasi aliran engan metoe oil flow icture ini menguatkan ata ari hasil engukuran untuk mengetahui osisi masing-masing titik stagnasi an titik searasi, baik aa siliner sirkular ustream mauun siliner sirkular ownstream an aa siliner tie I-53 ustream mauun siliner tie I-53 ownstream.

20 Koefisien rag ressure ( D ) Perhitungan harga koefisien rag ressure ( D ) aa masing-masing siliner irumuskan melalui ersamaan sebagai berikut: D 1 = π 0 ( θ ) cos( θ ) π θ an bila : I = ( θ ) cos( θ ) 0 θ maka : 1 D = I Persamaan tersebut iselesaikan engan metoe numerik aturan Simson 1/3 segmen bergana. Hasil engintegrasian tersebut itamilkan alam suatu tabel koefisien ressure rag fungsi suut engirisan, sebagaimana itunjukan aa tabel 4. Dari tabel tersebut aat iketahui bahwa siliner sirkular ustream an ownstream memunyai nilai koefisien ressure rag yang lebih besar ibaningkan engan siliner teriris tie I-53, baik osisi ustream mauun ownstream. Tabel 4. Perbaningan rag ressure i centerline test section Siliner Koefisien rag ressure Ustream Downstream Sirkular Tanem 1,110-0,396 Tie I 53 Tanem 0,7666-0, KESIMPULAN Berasarkan engujian ekserimental aa aliran fluia melintasi siliner sirkular an siliner teriris tie I-53 o yang tersusun secara tanem i centerline test section iaatkan berbagai informasi lebih etail tentang interaksi aliran iantara keuanya, antara lain: 1. Distribusi koefisien tekanan ( ) siliner sirkular ustream an siliner teriris tie I- 53 o ustream antara aerah uer engan aerah lower suah simetri. Hal ini mengakibatkan tiak aa gaya lift yang timbul aa siliner ustream an hanya gaya rag saja yang lebih ominan.. Distribusi koefisien tekanan ( ) aa kontur ermukaan siliner sirkular ownstream an siliner teriris tie I-53 ownstream semuanya berharga negatif.

21 3. Secara umum, hasil visualisasi aliran engan metoe oil flow icture ini menguatkan ata ari hasil engukuran untuk mengetahui osisi masing-masing titik stagnasi an titik searasi, baik aa siliner sirkular mauun aa siliner teriris tie I-53 yang masing-masing tersusun secara tanem. 4. Reuksi gaya rag aa siliner teriris tie I-53, baik aa osisi ustream mauun ownstream sangat signifikan bila ibaningkan engan siliner sirkular. 6 UAPAN TERIMA KASIH Ucaan terimakasih isamaikan keaa Prof. Dr. Ir. Triyogi Yuwono, DEA. yang telah membiayai an memberikan bimbingan aa enelitian ini. Ucaan terimakasih juga isamaikan keaa rekan-rekan mahasiswa Skuaron Lintas Jalur Teknik Mesin ITS Esrit e cors angkatan 007 yang telah memberikan sumbangsih emikiran, ie, rekayasa teknik an saran selama roses enelitian ini berlangsung. 7 DAFTAR PUSTAKA [1] Aries, Wawan Pemoelan Numerik untuk Metoa Pengenalian Aliran Pasif aa Siliner Sirkular Tunggal Menggunakan Siliner Tegak Teriris Tie-I. ITS. Surabaya. [] Igarashi, T Drag Reuction for D-shae an I-shae yliner. JSME International Journal 49, 4 Series B: [3] Fox, Robert Introuction to Flui Mechanics 5th eition. John Wiley an Son, Inc. Iniana. [4] Yuwono, T Simulasi Numerik Aliran Melintasi Dua Siliner Teriris Tersusun Tanem Dengan Pengaruh Sie Wall Dengan Berbagai Jarak Ga. Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin 8. ITS. Surabaya. [5] Kostic, Z.G., an Oka, S.N Flui flow an heat transfer with two cyliners in cross flow. International Journal Heat Transfer