PENGARUH JARAK ALUR TERHADAP KEKUATAN VORTEX DAN BILANGAN REYNOLD KRITIS ALIRAN FLUIDA BERDENYUT DALAM SALURAN BERPENAMPANG SEGIEMPAT

dokumen-dokumen yang mirip
PENGARUH VARIASI JARAK ALUR SETENGAH LINGKARAN TERHADAP PENGUATAN VORTENG DAN PENURUNAN TEKANAN PADA SALURAN BERPENAMPANG SEGI EMPAT

EFEKTIFITAS PERPINDAHAN PANAS PADA DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGER DENGAN GROOVE. Putu Wijaya Sunu*, Daud Simon Anakottapary dan Wayan G.

2 yang mempunyai posisi vertikal sama akan mempunyai tekanan yang sama. Laju Aliran Volume Laju aliran volume disebut juga debit aliran (Q) yaitu juml

2 a) Viskositas dinamik Viskositas dinamik adalah perbandingan tegangan geser dengan laju perubahannya, besar nilai viskositas dinamik tergantung dari

REYNOLDS NUMBER K E L O M P O K 4

DAFTAR NOTASI. A : sebuah konstanta, pada Persamaan (5.1)

Rumus bilangan Reynolds umumnya diberikan sebagai berikut:

Study Eksperimental Jarak Terhadap Koefisien Tekanan Silinder Ganda Diposisikan Alined

Karakterisasi Pressure Drops Pada Aliran Bubble dan Slug Air Udara Searah Vertikal Ke Atas Melewati Sudden Contraction

Aliran Turbulen (Turbulent Flow)

Created by : Firman Dwi Setiawan Approved by : Ir. Suntoyo, M.Eng., Ph.D Ir. Sujantoko, M.T.

WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Tujuan Pengujian

PENGARUH DEBIT ALIRAN TERHADAP HEAD LOSSES PADA VARIASI JENIS BELOKAN PIPA

BAB IV PENGOLAHAN DATA

KARAKTERISTIK ZAT CAIR Pendahuluan Aliran laminer Bilangan Reynold Aliran Turbulen Hukum Tahanan Gesek Aliran Laminer Dalam Pipa

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PRINSIP DASAR HIDROLIKA

BAB II DASAR TEORI. Aliran hele shaw..., Azwar Effendy, FT UI, 2008

BAB I PENDAHULUAN. 1 Universitas Indonesia. Analisa aliran berkembang..., Iwan Yudi Karyono, FT UI, 2008

PERMASALAHAN DAN SOLUSI KONSTRUKSI BALIHO DI BANJARMASIN

Seminar NasionalInovasi Dan AplikasiTeknologi Di Industri 2017 ISSN ITN Malang, 4 Pebruari 2017

Simulasi Numerik Karakteristik Aliran Fluida Melewati Silinder Teriris Satu Sisi (Tipe D) dengan Variasi Sudut Iris dan Sudut Serang

STUDI EKSPERIMENTAL PENGUKURAN HEAD LOSSES MAYOR (PIPA PVC DIAMETER ¾ ) DAN HEAD LOSSES MINOR (BELOKAN KNEE 90 DIAMETER ¾ ) PADA SISTEM INSTALASI PIPA

Studi Numerik Karakteristik Separasi dan Reattachment Aliran Di Belakang Gundukan (BUMP) Setengah Lingkaran. Setyo Hariyadi S.P. 1

Pengaruh Penggunaan Baffle pada Shell-and-Tube Heat Exchanger

Pengaruh Diameter Gelembung Hidrogen Terhadap Penurunan Tekanan (Pressure Drop) Pada Saluran Tertutup Segi-Empat

BAB III ANALISA ALIRAN TURBULENT TERHADAP ALIRAN FLUIDA CAIR PADA CONTROL VALVE ANSI 150 DAN ANSI. 300 PADA PT.POLICHEM INDONESIA Tbk

BAB II DASAR TEORI. m (2.1) V. Keterangan : ρ = massa jenis, kg/m 3 m = massa, kg V = volume, m 3

BAB III PERALATAN DAN PROSEDUR PENGUJIAN

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-192

ABSTRAK 1. PENDAHULUAN

STUDI EKSPERIMEN DAN NUMERIK TENTANG ALIRAN BOUNDARY LAYER YANG MELINTASI BUMP DENGAN RADIUS KELENGKUNGAN YANG KECIL

Studi Numerik Pengaruh Gap Ratio terhadap Karakteristik Aliran dan Perpindahan Panas pada Susunan Setengah Tube Heat Exchanger dalam Enclosure

Klasifikasi Aliran Fluida (Fluids Flow Classification)

BAB 4 ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL EKSPERIMEN

2. TINJAUAN PUSTAKA. Pelapisan massa air merupakan sebuah kondisi yang menggambarkan

BAB III LANDASAN TEORI

MAKALAH KOMPUTASI NUMERIK

Kajian Pola Aliran Berayun dalam Kolom Bersekat

BAB II LANDASAN TEORI

BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

Bab III HIDROLIKA. Sub Kompetensi. Memberikan pengetahuan tentang hubungan analisis hidrolika dalam perencanaan drainase

II. TINJAUAN PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN I.1.

BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA DATA

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 1, No. 1, (Sept. 2012) ISSN: F-92

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: ( Print) B36

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Definisi fluida

PENGARUH REYNOLD NUMBER ( RE ) TERHADAP HEAD LOSSES PADA VARIASI JENIS BELOKAN PIPA ( BERJARI JARI DAN PATAH )

KOEFISIEN GESEK PADA RANGKAIAN PIPA DENGAN VARIASI DIAMETER DAN KEKASARAN PIPA

BAB I PENDAHULUAN. kebutuhan utama dalam sektor industri, energi, transportasi, serta dibidang

KOEFISIEN RUGI-RUGI SUDDEN EXPANSION PADA ALIRAN FLUIDA CAIR

BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA DATA

ANALISIS FAKTOR GESEK PADA PIPA AKRILIK DENGAN ASPEK RASIO PENAMPANG 1 (PERSEGI) DENGAN PENDEKATAN METODE EKSPERIMENTAL DAN EMPIRIS TUGAS AKHIR

Bab VI Hasil dan Analisis

Klasisifikasi Aliran:

Masalah aliran fluida dalam PIPA : Sistem Terbuka (Open channel) Sistem Tertutup Sistem Seri Sistem Parlel

SIMULASI ALIRAN FLUIDA PADA POMPA HIDRAM DENGAN TINGGI AIR JATUH 2.3 M DENGAN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK CFD

oleh : Ahmad Nurdian Syah NRP Dosen Pembimbing : Vivien Suphandani Djanali, S.T., ME., Ph.D

Reduksi Gaya Drag Silinder Sirkular dengan Penambahan Square Disturbance Body Melalui Simulasi Numerik 2D Unsteady-RANS pada Reynold Number 34800

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2012) ISSN:

Karakteristik Perpindahan Panas dan Pressure Drop pada Alat Penukar Kalor tipe Pipa Ganda dengan aliran searah

ANALISA PENURUNAN TEKANAN AIR PADA PIP A LENGKUNG BERSPUYER UNTUK SISTEM PENGUJIAN KEBOCORAN

ANALISA DISTRIBUSI TEKANAN UDARA YANG MELEWATI ELBOW 90 0 Yuspian Gunawan 1, Muhammad Hasbi 2, Muh. Sakti Jaya 3

POSITRON, Vol. IV, No. 2 (2014), Hal ISSN :

Analisis Koesien Perpindahan Panas Konveksi dan Distribusi Temperatur Aliran Fluida pada Heat Exchanger Counterow Menggunakan Solidworks

BAB V HASIL DAN ANALISIS

Muchammad 1) Abstrak. Kata kunci: Pressure drop, heat sink, impingement air cooled, saluran rectangular, flow rate.

HIDROLIKA DAN JENIS ALIRAN DALAM SALURAN

Dinamika Pusat Rotasi Fluida pada Proses Difusi Penggabungan Vorteks

BAB IV METODA PENGAMBILAN dan PENGOLAHAN DATA

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Definisi Fluida

BAB II ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA. beberapa sifat yang dapat digunakan untuk mengetahui berbagai parameter pada

BAB IV VALIDASI SOFTWARE. Validasi software Ansys CFD Flotran menggunakan dua classical flow

ALIRAN FLUIDA. Kode Mata Kuliah : Oleh MARYUDI, S.T., M.T., Ph.D Irma Atika Sari, S.T., M.Eng

BAB III PEMBUATAN ALAT UJI DAN METODE PENGAMBILAN DATA

STUDI DISTRIBUSI TEKANAN ALIRAN MELALUI PENGECILAN SALURAN SECARA MENDADAK DENGAN BELOKAN PADA PENAMPANG SEGI EMPAT

JUDUL TUGAS AKHIR ANALISA KOEFISIEN GESEK PIPA ACRYLIC DIAMETER 0,5 INCHI, 1 INCHI, 1,5 INCHI

PENGUJIAN PENGARUH VARIASI HEAD SUPPLY DAN PANJANG LANGKAH KATUP LIMBAH TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HIDRAM

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PITCH

PENGARUH VARIASI SUDUT TERHADAP KOEFISIEN KERUGIAN PADA PENGGABUNGAN PIPA CABANG

Pengaruh Variasi Diameter O-ring pada Permukaan Silinder terhadap Koefisien Drag

DAFTAR ISI Novie Rofiul Jamiah, 2013

Laporan Praktikum Operasi Teknik Kimia I Efflux Time BAB I PENDAHULUAN

PENINGKATAN UNJUK KERJA KETEL TRADISIONAL MELALUI HEAT EXCHANGER

PENDAHULUAN. Keyword : R ed, c p, Nu and k-ω SST. Kata Kunci: R ed, c p, Nu, dan k-ω SST.

Analisis Model Fluida Casson untuk Aliran Darah dalam Stenosis Arteri

Studi Numerik Karakteristik Aliran Fluida Melintasi Airfoil NASA LS-0417 yang Dimodifikasi dengan Vortex Generator

Mekanika Fluida II. Karakteristik Saluran dan Hukum Dasar Hidrolika

BAB IV ANALISA HASIL PERANCANGAN CETAKAN INJEKSI

UNIVERSITAS DIPONEGORO STUDI EKSPERIMENTAL DAN KOMPUTASI NUMERIK PADA RECTANGULAR ELBOW DENGAN ANGKA REYNOLDS TUGAS AKHIR

Jurnal FEMA, Volume 1, Nomor 1, Januari 2013 PERANCANGAN ALAT UJI GESEKAN ALIRAN DI DALAM SALURAN

PENGARUH JARAK SUMBER JET TERHADAP TEMPERATUR DINDING SELINDER

Kajian Numerik: Pengaruh Ukuran Sistem Terhadap Gaya Hambat pada Silinder

INVESTIGASI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA DESAIN HELICAL BAFFLE PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-5 1

Edy Sriyono. Jurusan Teknik Sipil Universitas Janabadra 2013

Aliran Fluida. Konsep Dasar

TUGAS SARJANA STUDI KARAKTERISTIK SECONDARY FLOW DAN SEPARASI ALIRAN PADA RECTANGULAR DUCT 900 DENGAN ANGKA REYNOLDS 110.

Transkripsi:

PENGARUH JARAK ALUR TERHADAP KEKUATAN VORTEX DAN BILANGAN REYNOLD KRITIS ALIRAN FLUIDA BERDENYUT DALAM SALURAN BERPENAMPANG SEGIEMPAT Prayitno Ciptoadi *) Abstract The pulsatile fluid flow in a transverse grooved channel would becomes self-sustained oscillatory flow at certain critical Reynold number. The critical Reynold number where laminar unsteady flow changed to unsteady transitional one depends on grooves distances. The objective of this research is to analyze the effect of grooves distances toward the vortex strenght and the critical Reynold number. This research was done by implementing a closed square cross section channel, where the bottom surface of the channel was semicircle grooved. The frequency of flow oscillation measurement was done by setting up a resistance manometer and a U manometer was used to measure the static pressure, measurement was done together at severals Reynold number. From the research result it is seen that the largest vortex strength occurs at the smallest groove distance with the increase of pressure drop. The critical Reynold number becomes larger when grooves distances increase that is for groove distance of ½ and ¾ time its circumference is 7 while for grooves distances equal its circumference is 95. Key word: Pulsatile flow, grooved channel, laminar flow, vortex strength, critical Reynold number I. PENDAHULUAN Pada aliran laminar di dalam saluran beralur melintang terdapat dua daerah aliran: (i) aliran utama dalam saluran dan (ii) aliran vortex resirkulasi dalam alur. Dua daerah tersebut dipisahkan oleh lapisan geser bebas (free shear layer). Dalam kondisi stedi, tidak ada pertukaran fluida antara kedua daerah ini. Salah satu kemungkinan untuk meningkatkan laju transport dalam saluran beralur adalah memperbaiki pencampuran lateral (lateral mixing) dengan mengganggu lapisan geser pemisah antara aliran utama dan aliran resirkulasi dalam alur (Kang, 21). Gerakan aliran utama dari hulu ke hilir mengalami defleksi ke dalam alur pada Re 5 sementara aliran vortex di dalam alur bergerak ke hilir seiring meningkatnya Re (Adachi dan Uehara, 23). Gangguan lapisan geser pemisah yang terjadi seiring meningkatnya bilangan Re akan mengubah kondisi aliran dari stedi ke aliran osilasi pada bilangan Re yang lebih kecil dibandingkan jika fluida mengalir dalam saluran tanpa alur. Aliran osilasi ini dikenal sebagai aliran yang berosilasi terus-menerus (selfsustained oscillatory flow). Bilangan Reynold kritis di mana permulaan self-sustained oscillatory flow terjadi tergantung pada panjang alur yakni menjadi lebih kecil jika panjang alur meningkat (Nishimura et al., 21). Osilasi aliran terjadi akibat aliran stedi menjadi tidak stabil karena mengalami bifurkasi pada bilangan Reynold kritis tertentu. Ketidakstabilan ini muncul karena dipicu oleh munculnya Tollmien-Schlichting wave. Aliran yang berosilasi menginduksi tegangan Reynold (Reynold stress) dan mampu meningkatkan difusi momentum yaitu mengangkut energi dari aliran utama ke aliran osilasi dan mempertahankannya. Akibatnya rugi tekanan (pressure drop) dari aliran utama meningkat. Ketidakstabilan Kelvin-Helmholtz terbentuk pada tepi alur disebabkan oleh formasi pelengkungan lintasan profil kecepatan, menekan gelombang Tollmien-Schlichting di bagian luar alur dan memproyeksikan energi padanya. Akibat dari interaksi kompleks, menghasilkan gelombang berjalan dua dimensi (two-dimensional traveling waves) pada bilangan Re cukup rendah (Adachi dan Uehara, 23). *) Prayitno Ciptoadi; Dosen Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Unpatti

Prayitno Ciptoadi ; Pengaruh Jarak Alur Terhadap Dan Bilangan Reynold 868 Kritis Aliran Fluida Berdenyut Dalam Saluran Berpenampang Segi Empat Kekuatan vortex dihubungkan dengan pertukaran fluida antara alur dan saluran dan transport momentum osilasi melintasi shear layer (Nishimura et al., 21). Pada aliran fluida berdenyut di dalam saluran beralur melintang, vortex utama muncul dalam alur pada dinding bagian bawah saluran selama fasa deselerasi (deceralation phase) dan suatu vortex tambahan dibangkitkan dekat dinding rata pada bagian atas saluran. Proses pengisian dan pengosongan vortex utama menimbulkan pertukaran fluida antara alur dan saluran (Nishimura et al., 1997). Pada Re kritis muncul dua sampai tiga gelombang dalam satu panjang geometri periodisitas (one geometric periodicity length). Kondisi ini dapat meningkatkan kemampuan perpindahan panas yang dikenal sebagai peningkatan perpindahan panas resonansi. Bifurkasi aliran dari kondisi stedi ke kondisi aliran osilasi mempertinggi kemampuan perpindahan panas. Hal ini disebabkan oleh pencampuran fluida dan gangguan lapisan batas termal tetapi diikuti oleh kerugian tekanan (Adachi dan Uehara., 21). Aliran tak stedi yang berkembang di dalam daerah beralur berlangsung juga dalam daerah saluran rata (tanpa alur di sebelah hilir) hingga mencapai beberapa kali panjang alur. Hal ini mengakibatkan peningkatan perpindahan panas lokal dan rugi tekanan pada aliran stedi di dalam saluran rata (Greiner et al., 2). Hal yang sama dilaporkan oleh Obi et al. (1995) bahwa perpindahan panas dalam saluran beralur meningkat sebagai konsekuensi dari gerakan turbulen fluida, tetapi tidak dapat dihindari rugi tekanan akibat berkurangnya tinggi saluran. Intensitas turbulensi meningkat seiring berkurangnya tinggi saluran. Aliran laminar dalam saluran beralur yang bertujuan untuk meningkatkan laju transport banyak dijumpai. Dalam bidang teknik seperti alat penukar kalor (compact heat exchanger), sistem pendingin mikroelektronik (Adachi dan Uehara, 23) dan juga dalam bidang kedokteran serta biokimia (Nishimura et al.,1997). Banyak penelitian telah dilakukan untuk mengetahui perilaku aliran fluida dalam saluran beralur melintang. Penelitian-penelitian tersebut dilakukan pada berbagai kondisi aliran baik kontinyu maupun berdenyut dan berbagai bentuk alur seperti segiempat, segitiga atau setengah lingkaran namun jarak alur tetap. Oleh karena itu penelitian ini memberikan data perilaku aliran fluida berdenyut dalam saluran beralur melintang dengan jarak alur yang berubah-ubah. II. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan menggunakan peralatan seperti pada gambar 1. Kerangan: Gambar 1. Instalasi Penelitian 1. Tandon air 2. Alur setengah lingkaran 3. Saluran 4. Motor listrik 5. Katup denyut 6. Katup pengatur aliran 7. Pipa-pipa 8. Pompa Saluran dibuat dari bahan tembus pandang (mika) berpenampang segiempat. Ukuran saluran adalah panjang l = 45 mm, lebar W = 12 mm, tinggi h = 14 mm. Bagian atas saluran dibuat rata sedangkan bagian bawah diberi alur (groove). Alur dibuat berbentuk setengah lingkaran dengan ukuran jari-jari r = 11,5 mm. Jumlah alur yang digunakan dua buah dengan jarak antar alur L dibuat periodik terhadap keliling alur K yaitu ½ K (G1), ¾ K (G2) dan K (G3) dengan K = 72,22 mm. Agar aliran dapat berdenyut, sebuah katup denyut yang

869 Jurnal TEKNOLOGI, Volume 8 Nomor 1, 211; 867-874 digerakan oleh motor listrik dengan kecepatan putar 66 rpm ditempatkan pada bagian hilir saluran. Sebagai pembanding digunakan juga saluran tanpa alur (G). Fluida kerja yang digunakan adalah air, kondisi aliran laminar dua dimensi. Variabel penelitian meliputi variabel bebas yaitu: Bilangan Reynold Re dan Jarak antar alur L sedangkan variabel terikat yaitu: frekuensi osilasi aliran serta beda tekanan statis. Tahapan pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut: 1. Teknik Pengambilan data a. Pengukuran Debit Aliran Pengukuran debit aliran Q, berdasarkan volume air yang mengalir per satuan waktu. Volume air yang mengalir diatur melalui pembukaan katup yang ditempatkan sebelum dan sesudah saluran beralur. Data debit aliran digunakan untuk menentukan kecepatan aliran fluida dan bilangan Reynold. Kecepatan aliran fluida = debit aliran dibagi luas penampang saluran (U = Q/A) sedangkan bilangan Reynold Re dihitung dengan menggunakan persamaan (Nishimura et al., 21): Tabel 1. Hasil Perhitungan Kecepatan Aliran dan Re No Re Q, m 3 det -1 U, mdet -1 1 2 3 4 5 6 7 2 45 7 95 12 145 17 2,42 x 1-5 5,44 x 1-5 8,46 x 1-5 1,15 x 1-4 1,45 x 1-4 1,75 x 1-4 2,5 x 1-4,144,32,5,68,86,14,122 Sumber: Hasil pengukuran (data diolah) Manometer dihubungkan dengan saluran sedangkan sensor dihubungkan dengan ADC. Data ini ditampilkan pada monitor komputer dalam bentuk grafik dan teks kemudian disimpan dalam bentuk teks. Untuk menjamin keakuratan, jumlah data yang diambil adalah 4 data per detik dan dilakukan 5 kali U h Re dengan U = laju aliran, m.det -1 h = tinggi saluran, m υ = viskositas kinematik (1,7 x 1-6, m 2 det -1 ) (1) Hasil perhitungan kecepatan aliran dan Re dapat dilihat pada Tabel 1. b. Pengambilan Data Fluktuasi Kecepatan Aliran Pengambilan data seperti terlihat pada gambar 2. Data diambil menggunakan sensor tegangan (salah satu tahanan jembatan Wheatstone) yang ditempatkan di dalam manometer yang berisi air. pengulangan untuk tiap perlakuan. Pengambilan data ini diulangi untuk beberapa nilai variabel bebas. Gambar 2. Pengukuran Fluktuasi Kecepatan Aliran Fluida Keterangan: 1. Saluran 2. Alur setengah lingkaran 3. Pipa plastik 4. Manometer 5. Sensor tegangan 6. ADC 7. PPI card dan komputer 8. Katup denyut L: Jarak antar alur

Prayitno Ciptoadi ; Pengaruh Jarak Alur Terhadap Dan Bilangan Reynold 87 Kritis Aliran Fluida Berdenyut Dalam Saluran Berpenampang Segi Empat c. Pengambilan Data Tekanan Statis Pengambilan data seperti terlihat pada gambar 3. (z 1 - z 2 ), m Gerakan fluida diatur oleh persamaan Navier Stokes yang ditulis dalam notasi vektor sebagai berikut (White, 1991: 69) U t 2 p g U U U (4) Gambar 3. Pengukuran Tekanan Statis Keterangan: 1. Saluran 2. Alur setengah lingkaran 3. Pipa plastik 4. Manometer 1 5. Manometer 2 6. Katup denyut L: Jarak antar alur Tinggi kenaikan kolom air di dalam manometer 1 dibaca sebagai z 1, sedangkan tinggi kenaikan kolom air di dalam manometer 2 dibaca sebagai z 2. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Data fluktuasi kecepatan diolah dengan menggunakan program FFT untuk memperoleh frekuensi-frekuensi yang dominan dari tiap-tiap perlakuan. Selanjutnya dari data-data tersebut dihitung bilangan ouhal dengan persamaan (White, 1991): f h U Dengan f = frekuensi osilasi aliran, Hz (2) Dari data-data tinggi kenaikan kolom air dihitung kerugian tekanan (pressure drop) p dengan persamaan (eeter, 1983: 27) p = ρg z, kpa (3) dengan: ρ = densitas fluida (998,2 kg.m -3 ) g = percepatan gravitasi (9,86 m.det -2 ) z = beda tinggi kenaikan kolom air dengan: µ = viskositas dinamik, N.det.m -2 U = kecepatan fluida, m.det -1 t = waktu, det Didefenisikan vorticity vector Ω, suatu ukuran dari efek rotasi lokal elemen fluida (White, 1991: 89) curl U U t 2 x (5) Jika diambil curl dari persamaam (4) diperoleh persamaan transport vorticity (Raisinghania, 22: 639) 2 U (6) A. Kekuatan vortex digambarkan dengan bilangan ouhal dan Energi Kinetik yang dikandung oleh vortex. 1. Grafik vs Bilangan Pada aliran fluida laminar dalam saluran beralur akan terbentuk shear layer antara aliran utama dalam saluran dan aliran resirkulasi dalam alur. Untuk aliran yang berdenyut, pada fase akselerasi (katup denyut mulai membuka) shear layer mulai mengalami separasi. Sebuah vortex utama terbentuk dalam alur pada tepi atas sisi hulu. Pada saat laju aliran utama maksimum (katup denyut terbuka penuh) vortex utama memenuhi seluruh bagian alur. Ketika fase deselerasi (katup denyut mulai tertutup) vortex utama berkembang hingga keluar dari tepi alur. Disamping itu terbentuk vortex tambahan pada saluran rata dekat dinding bagian atas dengan tanda yang berlawanan dengan vortex utama. Kedua vortex yang berpasangan (vortices)

871 Jurnal TEKNOLOGI, Volume 8 Nomor 1, 211; 867-874 tersebut memenuhi keseluruhan saluran pada saat laju aliran utama minimum (katup denyut tertutup). Setelah itu vortex tambahan menghilang. Proses ini berlangsung terus mengikuti osilasi aliran utama (Nishimura et al., 1997). Dari fenomena di atas dapat dilihat bahwa terjadi penggabungan vortex (merging) ketika laju aliran utama minimum. Proses ini didominasi oleh efek tak stedi ( Ω/jt) dan efek kekentalan (υv 2 Ω) dari persamaan (6) sedangkan efek inersia non linear (U V)Ω berkurang. Pertumbuhan vortex utama di dalam alur selama fase deselerasi menimbulkan semprotan (ejection) fluida di dalam alur dan menghasilkan pertukaran partikel-partikel fluida antara alur dan saluran melintasi shear layer (Nishimura et al., 21). Interaksi antara vortex utama di dalam alur dan vortex tambahan di dalam saluran juga meningkatkan pencampuran (mixing) fluida yang didominasi oleh efek vortex-stretching (Ω V)U dari persamaan (6) (Gloerfelt et al., 22). Pertukaran partikel-pertikel fluida antara alur dan saluran dihubungkan dengan kekuatan vortex utama dan transport momentum osilasi melintasi shear layer tergantung pada bilangan Re dan bilangan. Hubungan antara kekuatan vortex dan bilangan Re untuk tiap perlakuan pada bilangan Re tertentu dapat dilihat pada gambar 4. Dari grafik pada gambar 4 terlihat bahwa kekuatan vortex meningkat seiring meningkatnya bilangan. Kekuatan vortex mencapai nilai maksimum pada bilangan tertentu disebabkan pada nilai bilangan tersebut telah terjadi self sustained oscillatory flow. Kondisi ini dikarenakan oleh kecepatan aliran osilasi di dalam alur telah mencapai kecepatan aliran utama di dalam saluran dimana terjadi peningkatan amplitudo vortex utama dan munculnya vortex tambahan. Dari grafik juga dapat dilihat bahwa nilai bilangan pada mana kekuatan vortex maksimum untuk G1<G2<G3. Hal ini mengindikasikan bahwa interaksi antara vortex-vortex utama dalam dua alur dipengaruhi oleh jarak antar alur. Interaksi akan lebih kuat dan lebih cepat mencapai nilai maksimum pada jarak antar alur paling pendek. Untuk saluran tanpa alur kekuatan vortex hanya tergantung pada osilasi aliran utama dan nilainya kecil dibandingkan dengan nilai kekuatan vortex pada saluran beralur.,5,4,3,2,1,4,3,2,1 Re 2,25,5,75 1 1,25 1,5 1,75,4,3,2,1 G1 G2 G3 G Ni shi mur a et.al, 21 Re 45,1,2,3,4,5,6,7 G1 G2 G3 G Re 7,1,2,3,4,5 G1 G2 G3 G

Prayitno Ciptoadi ; Pengaruh Jarak Alur Terhadap Dan Bilangan Reynold 872 Kritis Aliran Fluida Berdenyut Dalam Saluran Berpenampang Segi Empat,4,3,2,1 Re 95,1,2,3,4 G1 G2 G3 G Gambar 4. Grafik vs Grafik bilangan vs kekuatan vortex diverifikasi dengan penelitian Nishimura et. al, (21) pada bilangan Re 2. Kekuatan vortex maksimum dari Nishimura et. al, (21) lebih tinggi karena faktor geometri alur. Pada penelitian mereka digunakan alur berbentuk segiempat dengan panjang alur dua kali kedalamannya. B. Pressure Drop,5,4,3,2,1 Re 12,5,1,15,2,25,3,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1 G1 G2 G3 G Re 145,5,1,15,2,25 G1 G2 G3 G Re 17,5,1,15,2,25 G1 G2 G3 G Data-data pengukuran tekanan statis aliran diolah dengan persamaan (3), sehingga diperoleh nilai pressure drop dari setiap perlakuan pada bilangan Re tertentu dan ditabulasi pada tabel 2. Tabel 2. Hasil Perhitungan p p, kpa Re G1 G2 G3 G 2,88,73,68,58 45,117,17,88,78 7,137,127,97,88 95,146,137,117,97 12,185,166,156,17 145,234,225,215,117 17,283,264,254,127 Sumber: Hasil pengukuran (data diolah) 1. Grafik Pressure Drop vs Bilangan Re Hubungan antara pressure drop dan bilangan Re digambarkan dalam grafik pada gambar 5. Dari grafik tampak bahwa pressure drop meningkat seiring meningkatnya bilangan Re. Pada saat aliran memasuki permukaan rata sebelum alur, kecepatannya masih relatif seragam dan kondisi aliran irrotasional. Pada daerah ini gradien tekanan dekat dinding masih nol, dikarenakan belum terbentuk pemisahan (separasi) lapisan batas. Ketika aliran meliwati titik stagnasi perubahan kekasaran, terjadi fluktuasi kecepatan yang mendorong lapisan batas menjauhi dinding dengan pemisahan terbatas. Akibatnya terjadi gradien tekanan dekat dinding. Peristiwa tersebut akan meningkat dengan meningkatnya bilangan Re.

Re Kritis 873 Jurnal TEKNOLOGI, Volume 8 Nomor 1, 211; 867-874 terjadi perbedaan tekanan di sisi masuk dan sisi keluar aliran, dimana tekanan di sisi masuk relatif lebih besar dari pada tekanan di sisi keluar. Untuk perlakuan G peningkatan pressure drop tidak sedrastis G1, G2, dan G3 karena osilasi aliran hanya tergantung pada kecepatan putar katup denyut. Gambar 5. Grafik Pressure Drop vs Re Adanya alur dalam saluran yang membangkitkan self-sustained oscillatory flow sangat mempengaruhi pressure drop. Aliran yang berosilasi menginduksi tegangan Reynold (Reynold stress) yang mampu meningkatkan difusi momentum yaitu mengangkut energi dari aliran utama ke aliran osilasi dan mempertahankannya. Akibatnya kerugian tekanan dari aliran utama meningkat dengan munculnya aliran osilasi (Adachi dan Uehara, 23). Grafik pressure drop diverifikasi dengan penelitian terdahulu dalam bentuk rasio pressure drop (gambar 6) yaitu perbandingan antara pressure drop saluran beralur terhadap pressure drop saluran tanpa alur. Pressure drop penelitian ini lebih tinggi dari penelitian Adachi dan Uehara, 23 karena mereka menggunakan alur segiempat dengan kondisi aliran tanpa denyut. Sebaliknya lebih rendah dari penelitian Adachi dan Uehara, 21 karena mereka menggunakan alur segiempat atas bawah dengan kondisi aliran tanpa denyut. 2. Grafik Jarak Antar Alur Terhadap Re Kritis Hubungan antara jarak antar alur terhadap bilangan Re kritis digambarkan dalam bentuk grafik pada gambar 7. Dari grafik tersebut terlihat bahwa peningkatan bilangan Re kritis terjadi seiring meningkatnya jarak alur. Hal ini dapat dijelaskan bahwa pada jarak alur yang kecil, interaksi antara vortex-vortex utama yang muncul di dalam alur semakin kuat sehingga pada bilangan Re yang relatif kecil telah terjadi peralihan kondisi aliran dari laminar stedi ke transisi tak stedi dengan munculnya selfsustained oscillatory flow. Gambar 6. Grafik Rasio Pressure Drop vs Re Dari grafik terlihat bahwa peningkatan pressure drop terjadi sangat drastis pada bilangan Re 95 untuk perlakuan G1, G2 dan G3. Hal ini disebabkan karena pada bilangan Re tersebut telah terjadi self sustained oscillatory flow dimana sebagian energi aliran utama diserap oleh aliran osilasi. Kondisi ini menyebabkan fluktuasi kecepatan dan pemisahan lapisan batas semakin meningkat ke arah hilir. Akibatnya Re Kritis vs Jarak Antar Alur 12 1 8 6 4 2 5 1 Jarak Alur, mm Gambar 7. Re Kritis vs Jarak Antar Alur

Prayitno Ciptoadi ; Pengaruh Jarak Alur Terhadap Dan Bilangan Reynold 874 Kritis Aliran Fluida Berdenyut Dalam Saluran Berpenampang Segi Empat Gloerfelt, X.; Bogey, Ch.; Bailly, Ch. and Juve, D. 22. Aerodynamic Noise KESIMPULAN Induced by Laminar and Turbulent Boundary Layer Over Rectangular Berdasarkan hasil dan pembahasan Cavities, American Institute of disimpulkan hal-hal sebagai berikut: Aeronautics and Astronautics, 2476 Greiner, M.; Tufo, H.M.; Fischer, P.F. and 1. Kekuatan vortex dipengaruhi oleh bilangan Wirtz, R.A, 2. Three Re, bilangan dan jarak antar alur. Pada Dimensional Simulations of interval bilangan Re laminar tak stedi Enhanced Heat Transfer in a Flat bilangan untuk G1, G2, G3 dan G Passage Downstream from a mempunyai nilai yang identik sedangkan Grooved Channel, Proc. 34 th pada interval bilangan Re transisi tak stedi National Heat Transfer Conference, bilangan untuk G1 bernilai paling tinggi Pittsburgh, Pennsylvania. diikuti oleh G2, G3 dan G. Kunitsugu, T. and Nishimura, T. 2. The 2. Pressure drop meningkat seiring Development Process of Selfmeningkatnya bilangan Re dan Sustained Oscillatory Flow in a peningkatannya drastis pada Re dimana Grooved Chanel, Department of mulai terjadinya self-sustained oscillatory Mechanical Engineering, Yamaguchi flow. Nilai pressure drop paling tinggi University, Ube, 755-8611 Japan. terjadi pada G1 diikuti oleh G2, G3 dan G. Nishimura, T.; Morega, A.M. and Kunitsugu, 3. Bilangan Reynold kritis membesar jika K, 1997. Vortex ucture and jarak antar alur meningkat yaitu untuk jarak Fluid Mixing in Pulsatile Flow antar alur ½ and ¾ kali keliling alur Re Through Periodically Grooved kritis 7 sedangkan untuk jarak antar alur Channels at Low Reynold sama dengan keliling alur Re kritis 95. Numbers, JSME International Journal Series B, Vol. 4, No. 3: 377-385. DAFTAR PUSTAKA Nishimura, T.; Yoshinaka, M, and Kunitsugu, K. 21. Oscillatory Momentum Adhaci, T. and Uehara, H. 21. Correlation Transport and Fluid Mixing in Between Heat Transfer and Grooved Channels for Pulsatile Pressure Drop in Channels With Flow, Department of Mechanical periodically Grooved Parts, Engineering, Yamaguchi International Journal of Heat and University, Ube, 755-8611 Japan. Mass Transfer (44): 4333-4343. Obi, S.; Kobayashi, K.P.; Bethancourt, Adhaci, T. and Uehara, H. 23. Linear A.M.; Yoshida, H.; Asano, T. and Stability Analisys of Flow in a Echigo, R. 1995. Experimental and Periodically Grooved Channel, Computational Study of Turbulent International Journal for Numerical Heat Transfer Characteristics in Methods in Fluids (41): 61-613. Serrrated Channel Flow, Int. J. Ciptoadi, P. (26). Pengaruh Jarak Alur Heat and Fluid Flow 16: 398- Terhadap dan Rugi 44. Tekanan Aliran Fluida Berdenyut Raishingania, M.D. 22. Fluid Dynamics Dalam Saluran Berpenampang (With Hydrodynamics) Fourth Segiempat, Journal Ilmu-Ilmu Teknik revised edition, S. Chand & Diagonal, Fakultas Teknik Universitas Company LTD. New Delhi. Merdeka Malang, Vol, 7 No. 1 Ciptoadi, P. (29). Pengaruh Jarak Alur eeter, V.L. and Wylie, E.B. 1983. Fluid Terhadap dan Mechanics, Seventh edition. Tegangan Geser Osilasi Aliran McGraw-Hill International Book Fluida Berdenyut Dalam Saluran Berpenampang Segiempat, Jurnal Company. Teknologi, Fakultas Teknik Universitas Pattimura, Vol, 6 No. 2 White, F.M. 1991. Viscous Fluid Flow, Second edition, McGraw-Hill, Inc.