KATA PENGANTAR Alhamdulillahirobbil alamin, puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunianya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Studi Experimental dan Numerik mengenai pengaruh perubahan kontur leading edge yang mengarah ke lowerside terhadap karekteristik aliran pada upperside pelat datar yang merupakan salah satu syarat kelulusan dalam menempuh program S1-jurusan Teknik Mesin FTI - ITS Surabaya. Shalawat serta salam semoga senantiasa tersurat pada Nabi Muhammad SAW beserta keluarga dan sahabat. Kiranya penulis tidak akan mampu menyelasaikan Tugas Akhir ini tanpa bantuan, saran, dan dukungan dari brbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Dr. Ing. Herman sasongko selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin FTI ITS serta dosen pembimbing Tugas Akhir penulis, yang telah meluaangkan banyak waktu, tenaga, dan pikiran untuk membimbing dan memberi motivasi kepada kami. Terima kasih pula atas kesabarannya selama membimbing kami. 2. Bapak (Motivator terbesarku), Ibu, mbah, mbak eka, ulan, dan zakky, atas do a dan dukungan yang diberikan baik moral maupun materiil serta kasih sayang yang tak habis habisnya. 3. Prof. Dr. Ir. Triyogi Yuwono, DEA, Prof. Ir. Sutardi, M. Eng. Ph.D, dan Wawan Aries Widodo, ST, MT selaku dosen penguji Seminar Proposal serta Sidang Tugas Akhir yang telah banyak memberikan kritikdan saran demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. 4. Segenap Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin FTI ITS yang telah banyak memberikan pelajaran bagi kami. i
5. Seluruh Staff dan Karyawan Teknik Mesin FTI ITS atas bantuan yang diberikan. Terutama bapak bapak yang ada di parkiran, maaf sering mengganggu saat pengambilan data kemarin. Pak Nur dan Pak Tris makasih atas terselesaikannya benda uji kami. 6. Saras dan Pitoy, terimakasih atas kerjasama yang sangat mengesankan. Benu, makasih banyak atas bantuan yang diberikan selama ini sampai gak bisa disebutkan satu satu. Ridho, suwun udah bantuin moles moles yo juga maaf atas kejailan kejailan yang belum berakhir. Wulan, makasih sudah mau jadi cukong pengganti. Sutris, Piktor, Fahmi, Toni dan semua teman teman yang banyak membantu saat pengambilan data. 7. Mas Dani Fitroh dan Erick Erlangga, makasih buat pelat datarnya serta bantuan dan saran saran yang diberikan selama ini. 8. Nox, makasih sudah setia menunggu saat sidang dan jadi teman baikku dari maba sampai sekarang Semester depan ndang nyusul yo. Yuhu, makasih ya blezernya. Carex, printernya makasih ya 9. Mas Dani, Suroto, dan semua teman teman dicae makasih sedah membantu dan mengajari kami. Ayo semangat belajar fluentnya 10. Teman teman HMM periode berapapun, makasih atas pelajaran dan semua kenangan yang diberikan. 11. Teman teman M48, terimakasih atas kebersamaannya yang tergabungdalam M-GAB segera lulus semuanya y. jangan terlalu cinta sama jurusan, sampai gak mau keluar. Yang lulus semester ini, selamat dan sukses ya kita ketemu di GRAHA SEPUH NOPEMBER. 12. Teman teman F86, terima kasih atas keceriaan yang diberikan selama ini. Bicho, sory kamarya berantakan selama kerjain TA. ii
13. Teman teman YOSAKOI CLC-ITS, makasih sudah membantu menghilangkan suntuk, jenuh, dan stressku. Tetap semangat ya latihannya Fight to ooh 3X!!! Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga kritik dan saran sangat dibutuhkan untuk penyempurnaan Tugas Akhir. Akhirnya, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca dan seluruh pihak yang terkait. Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmatnya sehingga kita dapat terus berkreasi dan berinovasi positif untuk kemaslahatan bersama. Surabaya, Agustus 2009 Penulis iii
*** Halaman ini sengaja di kosongkan*** iv
DAFTAR ISI v Halaman JUDUL TITLE PENGESAHAN ABSTRAK ABSTRACK KATA PENGANTAR i DAFTAR ISI... v DAFTAR SIMBOL DAN SATUAN vii DAFTAR GAMBAR... Viii DAFTAR TABEL... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang. 1 1.2 Perumusan Masalah. 4 1.3 Tujuan Penelitian. 5 1.4 Batasan Masalah.. 5 1.5 Manfaat Penelitian... 5 1.6 Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori... 7 2.1.1 Aliran Laminar dan Turbulent 7 2.1.2 Konsep Boundary Layer... 7 2.1.3 Bilangan Reynold..... 10 2.1.4 Tekanan Statis, Tekanan Stagnasi, dan Tekanan Dinamis... 11 2.1.5 Koeffisien Tekanan... 13 2.1.6 Aliran Melintasi Silinder Sirkular... 14 2.1.7 Separation Bubble... 16 2.2 Penelitian Terdahulu... 17
2.2.1 Penelitian menggenai silinder Teriris... 17 2.2.2 Penelitian leading edge pelat datar... 20 2.2.3 Penelitian aliran melewati body dengan angle of attack 0 o. 32 2.3 Numerical Modeling... 35 2.3.1 Computational Fluid Dynamic... 35 2.3.2 Driskripsi tentang RANS Turbulensi... 37 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Benda Uji dan Skema Penelitian.. 39 3.2 Peralatan Eksperimen... 43 3.3 Langkah Kerja.. 45 3.4 Prosedur Pengambilan Data.. 46 3.5 Pengolahan Data dan Analisa... 46 3.6 Visualisasi Aliran... 47 3.7 Pendekatn Numerik... 49 3.8 Urutan Langkah Penelitian... 53 3.9 Alokasi Waktu Penelitian. 54 BAB IV ANALISA DATA DAN DISKUSI 4.1 Evaluasi permodelan numerik. 55 4.2 Karakteristik Aliran pada masing msing benda Uji... 57 4.2.1 Benda Uji 1... 58 4.2.1 Benda Uji 2... 64 4.2.1 Benda Uji 3... 71 4.3 Diskusi... 78 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan.. 89 5.2 Saran... 90 Daftar Pustaka... 91 Lampiran A... 93 Lampiran B... 103 vi
DAFTAR SIMBOL & SATUAN Ө s Sudut Pengirisan ( o ) U Kecepatan freestream (m/s) h Lebar Potongan (m) V Kecepatan lokal aliran (m/s) Cp Koefisien tekanan Ө Momentum Tichness t Tebal pelat (m) P Perbedaan antara Panjang karakteristik tekanan (m) freestream dengan g Percepatan gravitasi tekanan (m/s 2 ) pada dinding (N/m 2 ) H Shape factor µ Viskositas udara (Ns/m 2 ) L Panjang pelat (m) Gradient kecepatan aliran (s -1 ) P~ Takanan statis aliran Kecepatan lokal aliran fluida (N/m 2 u ) (m/s) Po Tekanan stagnasi Boundary layer (N/m 2 δ ) thickness (P~)c Tekanan statis kontur δ* Displacement (Ps) (N/m 2 ) Tekanan statis freestream (N/m 2 ) Re Bilangan Reynold π ρ thickness Masa jenis udara (Kg/m 3 ) Group bilangan tak berdimensi vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Boundary layer on flat plate 8 Gambar 2.2 Definisi ketebalan boundary layer 10 Gambar 2.3 Wall Pressure Tap 12 Ganbar 2.4 Pitot Static Tube 12 Gambar 2.5 Mekanisme separasi aliran melewati 15 silinder Gambar 2.6 Transitional Separation Bubble 16 Gambar 2.7 Spesimen uji tipe D dan tipe I (Igarasi 17 dan Shiba) Gambar 2.8 Fenomena aliran hasil penelitian 18 Gambar 2.9 Benda Uji 19 Gambar 2.10 Grafik fungsi Strouhal Number terhadap 19 Reynolds Number Gambar 2.11 Distribusi Kecepatan rata rata dan 20 kecepatan fluktuatif Gambar 2.12 Visualisasi Aliran 20 Gambar 2.13 Gambar profil penelitian (M. Yaghobi & 21 S. Mahmoodi) Gambar 2.14 Gambar profil kecepatan (M. Yaghobi & 22 S. Mahmoodi) Gamabr 2.15 Grafik Shape Faktor (H) terhadap X/d 22 (M. Yaghobi & S. Mahmoodi) Gambar 2.16 Visualisasi Aliran melewati pelat datar dengan variasi Kontur Leading Edge 23 Gambar 2.17 Variasi L/H terhadap besarnya harga Cd 24 yang dihasilkan Gambar 2.18 Spesimen Uji pelat datar dengan leading 25 edge berbentuk setengah lingkaran Gamabr 2.19 Grafik Cp terhadap x/l (Dani Fitroh) 26 Gambar 2.20 Grafik Shape Faketor terhadap x/l (Dani Fitroh) 27 Gambar 2.21 Profil Kecepatan Gabungan model Uji 27 viii
ke-1, 2, 3 pada jarak pengukuran X/L=5/6 (Dani Fitroh) Gambar 2.22 Hasil Visualisasi Aliran Melintasi Leading Edge (Dani Fitroh) 28 Gambar 2.23 Spesimen uji dengan variasi kelangsingan leading edge 29 Gambar 2.24 Grafik Cp terhadap x/l (Erick Erlangga) 30 Gambar 2.25 Grafik Shape Faketor terhadap x/l (Erick Erlangga) 31 Gambar 2.26 Profil Kecepatan Gabungan model Uji ke-1, 2, 3 pada jarak pengukuran X/L=5/6 (Erick Erlangga) 31 Gambar 2.27 Hasil Visualisasi Aliran Melintasi Leading Edge (Erick Erlangga) 32 Gambar 2.28 Vektor Kecepatan pada Sudet Serang 5 o 33 Gambar 2.29 Vektor Kecepatan pada Sudet Serang 10 o 34 Gambar 2.30 Vektor Kecepatan pada Sudet Serang 15 o 34 Gambar 2.31 Blok digram simulasi cfd 36 Gambar 3.1 Model Benda Uji 40 Gambar 3.2 Pemasangan Pressure Tap pada benda uji 41 Gambar 3.3 Peletakan benda uji pada test section Wind Tunnel 42 Gambar 3.4 Pengukuran Profil Kecepatan aliran pada Benda Uji 42 Gambar 3.5 Skema Wind Tunnel yang digunakan 44 Gambar 3.6 Manometer yang digunakan dalam percobaan 44 Gambar 3.7 Daerah Visualisasi aliran 48 Gambar 3.8 Mashing pada Benda Uji dengan Jari jari kelengkungan lowerside 5mm (α=5 ) 50 Gambar 3.9 Mashing pada Benda Uji dengan Jari jari kelengkungan lowerside 25mm 50 ix
(α=5 ) Gambar 3.10 Mashing pada Benda Uji dengan Jari jari kelengkungan lowerside 40mm (α=5 ) 51 Gambar 3.11 Flow Chart Penelitian 53 Gambar 4.1 Grafik distribusi Cp = f(sudut) silinder sirkular 55 Gambar 4.2 Strukturstreamline silinder sirkular d=60 (pandangan penuh) 56 Gambar 4.3 Strukturstreamline silinder sirkular d=60 (pandangan diperbesar) 57 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 5mm, pendekatan numeric (α=5 ) 58 Streamline aliran melewati Benda uji dengan jari jari kelengkungan lowerside 5mm dari pendekatan numeric (α=5 ) (a) pandangan penuh (b) diperbesar pada leading edge 60 Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji dengan jari jari kelengkungan lowerside 5mm, dari experiment (α=5 ) 61 Gambar 4.7 Visualisasi aliran Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 5mm dari experiment (α=5 ) 63 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 25mm dari pendekatan numeric (α=5 ) 64 Stream aliran melewati Benda uji dengan jari jari kelengkungan lowerside 25mm dari pendekatan numeric (α=5 ) (a) pandangan penuh (b) diperbesar pada 67 x
leading edge Gambar 4.10 Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 25mm dari experiment (α=5 ) 68 Gambar 4.11 Visualisasi aliran Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 25mm dari experiment (α=5 ) 70 Gambar 4.12 Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 40mm dari pendekatan numeric (α=5 ) 71 Gambar 4.13 Stream aliran melewati Benda uji dengan jari jari kelengkungan lowerside 40mm dari pendekatan numeric (α=5 ) (a) pandangan penuh (b) diperbesar pada Gambar 4.14 leading edge 74 Coefficient of pressure sepanjang kontur Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 40mm dari experiment (α=5 ) 75 Gambar 4.15 Visualisasi aliran Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 40mm dari experiment (α=5 ) 77 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Coefficient of pressure gabungan sepanjang kontur Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, pendekatan Numerik (α=5 ) 80 Coefficient of pressure gabungan sepanjang kontur Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, Experiment (α=5 ) 80 Gambar 4.18 Velocity Profile gabungan Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, pendekatan Numerik (α=5 ) 82 Gambar 4.19 Ilustrasi aliran melewati leading edge 82 xi
Gambar 4.20 Gambar 4.21 Gambar 4.22 Gambar 4.23 Gambar 4.24 Gambar 4.25 dengan variasi kelengkungan lowerside (a) R= 5mm, (b) R=25mm, dan (c) R=40mm Coefficient of pressure gabungan sepanjang kontur Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, pendekatan Numerik (α=10 ) 85 Coefficient of pressure gabungan sepanjang kontur Benda uji 1, Benda uji 2, dan Benda Uji 3, Experimen (α=10 ) 86 Streamline Aliran melewati Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 5mm (α=10 ) 86 Streamline Aliran melewati Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 25mm (α=10 ) 87 Streamline Aliran melewati Benda uji denganjari jari kelengkungan lowerside 40mm (α=10 ) 87 Ilustrasi aliran melewati leading edge dengan variasi kelengkungan lowerside (a) R= 5mm, (b) R=25mm, dan (c) R=40mm 88 xii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1 Ganchart Penelitian... 39 Tabel 4.1 Nilai Boundary layer thickness, momentum thickness, dan shape factor ketiga benda uji yang di ambil pada X/L = 0,5 (sudut 173 o )... 83 xiii