STUDI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN ALIRAN MELINTASI DUA SILINDER SIRKULAR DAN SILINDER ELIPS TERSUSUN TANDEM DAN INTERAKSINYA TERHADAP DINDING DATAR

dokumen-dokumen yang mirip
STUDI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN ALIRAN MELINTASI DUA SILINDER SIRKULAR DAN SILINDER ELIPS TERSUSUN TANDEM DAN INTERAKSINYA TERHADAP DINDING DATAR

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN:

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: B-158

ANALISIS PENGARUH PERBANDINGAN DIAMETER MINOR DAN MAYOR ELIPS TERHADAP NILAI KOEFISIEN DRAG MENGGUNAKAN PROGRAM CFD

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

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

ANALISIS PENGARUH PERBANDINGAN DIAMETER MINOR DAN MAYOR ELIPS TERHADAP NILAI KOEFISIEN DRAG MENGGUNAKAN PROGRAM CFD

Proceeding Seminar Nasional Thermofluid VI Yogyakarta, 29 April 2014

ABSTRAK 1. PENDAHULUAN

BAB 4 ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL EKSPERIMEN

SEMINAR NASIONAL TAHUNAN TEKNIK MESIN (SNTTM) - VIII

Diterima 10 Desember 2009; diterima terkoreksi 26 Maret 2010; disetujui 03 Mei 2010

Simulasi Numerik Aliran Melintasi Susunan Empat Silinder Sirkular pada Rasio L/D= 3,0 Dekat Dinding

STUDI NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN BODI PENGGANGGU TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN FLUIDA MELINTASI SILINDER UTAMA

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

Simulasi Numerik dengan Pendekatan 3D-URANS Aliran yang Melintasi Susunan Empat Silinder Sirkular Dekat Dinding pada Small-Gap

Tulisan pada bab ini menyajikan simpulan atas berbagai analisa atas hasil-hasil yang telah dibahas secara detail dan terstruktur pada bab-bab

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

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

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

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2014) ISSN:

TUGAS AKHIR - RM 1542

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PENAMBAHAN BODI PENGGANGGU

Sidang Tugas Akhir. Alfin Andrian Permana

Proceeding Seminar Nasional Thermofluid VI Yogyakarta, 29 April 2014

Pengendalian Aliran Pasif pada Silinder Sirkular dengan Inlet Disturbance Body Berbentuk Silinder Elip (AR = 1/4)

Diterima 09 Juli 2009; diterima terkoreksi 28 Agustus 2009; disetujui 14 September 2009

Investigasi Eksperimental Pengaruh Posisi Relatif Antar Airfoil pada Airfoil Multi Komponen Pada Kondisi Aliran Masuk dengan Bilangan Reynolds Rendah

STUDI EKSPERIMEN dan NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN KEKASARAN PERMUKAAN TERHADAP KARAKTERISTIK BOUNDARY LAYER MELINTASI BUMP (Re = 21000)

TESIS (TM ) HERDI MUHAMMAD Dosen Pembimbing Dr. WAWAN ARIES WIDODO, ST., MT.

I. PENDAHULUAN liran eksternal viscous yang melintasi silinder akan menghasilkan gaya hambat (drag force) dan gaya angkat

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH GEOMETRI CELAH TERHADAP CONFLUENT BOUNDARY LAYER PADA SUSUNAN AIRFOIL DAN PLAT DATAR SECARA LONGITUDINAL

tudi kasus pengaruh perbandingan rusuk b/a = 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12 dengan Re = 3 x 10 4.

FakultasTeknologi Industri Institut Teknologi Nepuluh Nopember. Oleh M. A ad Mushoddaq NRP : Dosen Pembimbing Dr. Ir.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 1

Studi tentang Karakteristik Aliran Melintasi Silinder Ellips (AR) = 1/3 dan 1/4 Tunggal Teriris pada Sisi Depan

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

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

SOLUSI NUMERIK DARI PERSAMAAN NAVIER-STOKES

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

Study Eksperimental Jarak Terhadap Koefisien Tekanan Silinder Ganda Diposisikan Alined

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

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

Pengaruh Variasi Jarak Penghalang Berbentuk Segitiga di Depan Silinder Terhadap Koefisien Drag

Pengaruh Penempatan Penghalang Berbentuk Silinder Pada Posisi Vertikal Dengan Variasi Jarak Horisontal Di Depan Silinder Utama Terhadap Koefisien Drag

Jurusan Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2013

PENGARUH JARAK ANTAR FIN PADA SILINDER BERSIRIP TERHADAP SEPARASI ALIRAN DI PERMUKAAN SILINDER DAN FIN

STUDI NUMERIK DAN EKSPERIMEN KARAKTERISTIK ALIRAN MELINTASI TIGA BUAH SILINDER SIRKULAR YANG TERSUSUN SECARA EQUILATERAL TRIANGULAR

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

STUDI TENTANG KARAKTERISTIK ALIRAN MELINTASI SILINDER ELLIPS TUNGGAL (AR=l/3) TERIRIS PADA SISI DEPAN

Studi Numerik Karakteristik Aliran Melalui Backward Facing Inclined Step dengan Penambahan Paparan Panas Deri Gedung pada Sisi Upstream

Studi Eksperimen Pengaruh Silinder Pengganggu Di Depan Returning Blade Turbin Angin Savonius Terhadap Performa Turbin

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

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH JARAK LONGITUDINAL SILINDER TERIRIS TIPE-D SEBAGAI PENGONTROL PASIF TERHADAP GAYA DRAG PADA SILINDER UTAMA SIRKULAR

PENGARUH VARIASI JARAK ANTAR RING BERPENAMPANG SETENGAH LINGKARAN PADA PERMUKAAN SILINDER TERHADAP KOEFISIEN DRAG

Analisis Numerik Aliran Fluida di Sekitar Silinder Sirkular dengan Menggunakan Diskrititasi Order yang Berbeda

Pengaruh Alur Berbentuk Segi Empat Pada Permukaan Silinder Terhadap Koefisien Drag Dengan Variasi Diameter Silinder

TUGAS AKHIR TM141585

KATA PENGANTAR STUDI EKSPERIMENTAL DAN NUMERIK KARAKTERISTIK ALIRAN MELINTASI PRISMA TERPANCUNG.

PENGARUH PEMASANGAN RING BERPENAMPANG SEGIEMPAT DENGAN POSISI MIRING PADA PERMUKAAN SILINDER TERHADAP KOEFISIEN DRAG

STUDI EKSPERIMEN ALIRAN FLUIDA DISEKITAR OBSTACLE 3 - DIMENSI BERPENAMPANG MELINTANG BUJUR SANGKAR DAN PERSEGI PANJANG PADA FREESTREAM 15 m/s

PERMASALAHAN DAN SOLUSI KONSTRUKSI BALIHO DI BANJARMASIN

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

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-174

STUDI NUMERIK PENGARUH PANJANG RECTANGULAR OBSTACLE TERHADAP PERPINDAHAN PANAS PADA STAGGERED TUBE BANKS

Pengaruh variasi jarak antar ring berbentuk segi empat pada permukaan silinder terhadap koefisien drag

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

Pengaruh Variasi Jarak Antar Ring Berpenampang Setengah Lingkaran Pada Permukaan Silinder Terhadap Koefisien Drag

3. Lokasi peletakan wind tunnel hendaknya pada tempat tertutup, sehingga gangguan dari luar seperti angin dan hujan tidak mempengaruhi hasil

Studi Numerik Pengaruh Panjang Rectangular Obstacle terhadap Perpindahan Panas pada Staggered Tube Banks

1. Pendahuluan. Annual Engineering Seminar 2012 Sutrisno, Herman Sasongko, Heru Mirmanto

Studi Eksperimen Aliran Melalui Square Duct dan Square Elbow 90º dengan Double Guide Vane pada Variasi Sudut Bukaan Damper

STUDI NUMERIK : MODIFIKASI BODI NOGOGENI PROTOTYPE PROJECT GUNA MEREDUKSI GAYA HAMBAT

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH VARIASI JARAK INLET DISTURBANCE BODY TERHADAP ALIRAN MELALUI SQUARE DUCT DENGAN ELBOW 90

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

Studi Eksperimental Tentang Head Loss Pada Aliran Fluida Yang Melalui Elbow 90

SIMULASI NUMERIK PENGARUH MULTI-ELEMENT AIRFOIL TERHADAP LIFT DAN DRAG FORCE PADA SPOILER BELAKANG MOBIL FORMULA SAE DENGAN VARIASI ANGLE OF ATTACK

STUDI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK ALIRAN PADA AIRFOIL NACA 0015

BAB I PENDAHULUAN. Pada dasarnya semua fenomena aerodinamis yang terjadi pada. kendaraan mobil disebabkan adanya gerakan relative dari udara

BAB V HASIL DAN ANALISIS

ROTASI Volume 8 Nomor 1 Januari

Studi Numerik Pengaruh Konfigurasi Pipa Pada Susunan Pipa Staggered Terhadap Karakteristik Perpindahan Panas dan Aliran Fluida

Keywords: RANS, UDF, Nusselt number, turbulent viscosity. Kata kunci: RANS, UDF, Nusselt number, turbulent viscosity

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 1

Penelitian Numerik Turbin Angin Darrieus dengan Variasi Jumlah Sudu dan Kecepatan Angin

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH VARIASI GAP INLET DISTURBANCE BODY TERHADAP ALIRAN. MELALUI SQUARE DUCT DENGAN ELBOW 90 o Dosen Pembimbing

PENGARUH PERUBAHAN SUDUT BUTTERFLY VALVE TERHADAP POLA ALIRAN PADA DOWNSTREAM KATUP

Jurnal Teknik Mesin Volume 22, No.1, April 2007

Karakteristik Aliran Pada Kendaraan Menyerupai MPV Dengan Penambahan Front Spoiler

Karakteristik Aliran Pada Kendaraan Menyerupai MPV Dengan Penambahan Rear Spoiler

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

5. Seluruh Staff dan Karyawan Teknik Mesin FTI ITS atas bantuan yang diberikan. Terutama bapak bapak yang ada di parkiran, maaf sering mengganggu

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

Arif Kurniawan 1. FTI - Teknik Mesin, Institut Teknologi Nasional, Kampus 2 ITN Jl. Raya Karanglo KM. 2 Malang Tel:

Studi Eksperimen dan Numerik Pengaruh Penambahan Vortex Generator pada Airfoil NASA LS-0417

PENELITIAN MEKANISME STALL AKIBAT PERKEMBANGAN GELEMBUNG SEPARASI PADA SAYAP NACA 0017 SECARA EKSPERIMEN Dl TEROWONGAN ANGIN SUBSONIK

Studi Numerik Karakteristik Boundary Layer Turbulen pada Pelat Datar dengan Alur Melintang Tipe-D

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

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

Transkripsi:

STUDI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN ALIRAN MELINTASI DUA SILINDER SIRKULAR DAN SILINDER ELIPS TERSUSUN TANDEM DAN INTERAKSINYA TERHADAP DINDING DATAR Helmizar 1 ABSTRACT The study was conducted to obtain information about the characteristics of fluid flow that touches the surface of the bluff body. Bluff body in the form of circular and elliptical cylinders and brought near a wall. Phenomenon found is used to predict the aerodynamic loads on the bluff body and leads to a drag reduction efforts.elliptic cylinder and circular cylinder are arranged in tandem position with longitudinal distance (L/D = 1.5) and gap distance variation (G/D) between cylinders and flat wall are 0.067, 0.133, 0.2, 0.267. Fluid flow characteristics investigated experimentally on open loop wind tunnel. The experimental results are used to explain flow interaction phenomenoum which is resulted coefficient pressure distribution (Cp) on the cylinder, on the flat wall and velocity distribution on the upstream and downstream. The placement of the elliptic cylinder at G/D = 0.267 exhibits the lowest drag. The whole research was done on the Reynolds number 53574 based on circular cylinder diameter. Keywords: circular cylinder, elliptic cylinder, drag force. PENDAHULUAN Silinder sirkular merupakan salah satu bentuk geometri body yang banyak digunakan pada aplikasi engineering. Berbagai aplikasi dari silinder sirkular yang membentuk susunan tertentu seperti susunan tandem, in-line, staggered, atau square arrays dan lain-lain, banyak digunakan dalam aplikasi engineering seperti alat penukar kalor shell and tube atau tube banks, kontruksi perpipaan bawah laut dan sebagainya. Pengaplikasian body berbentuk silinder tersebut secara tunggal maupun berkelompok seringkali disusun sedemikian rupa sehingga berdekatan dengan bentuk body yang lain seperti plat datar, seperti pada alat penukar kalor shell and tube, dimana sisi tubes atau pipa-pipa dipasang dengan susunan tertentu dalam suatu kotak yang dibatasi oleh empat dinding plat datar sebagai sisi shell. Demikian pula konstruksi perpipaan bawah laut yang terpasang di dasar laut. Posisi dinding datar tersebut relatif terhadap pipa (body yang berbentuk silinder) tentu saja sangat mempengaruhi karakteristik aliran di sekitar silinder. Silinder elips bisa dijadikan sebagai bentuk alternatif dari tube pada heat exchager ataupun bentuk alternatif dari pipa-pipa penyaluran. Selain geometri, penempatan bluff body pada instalasi juga sangat menentukan gaya hambat yang akan dialami oleh bluff body tersebut. Pada aplikasi teknik seringkali diinginkan gaya drag yang dialami bluff body sekecil-kecilnya. Dari beberapa bentuk geometri yang dapat dijadikan sebagai alternatif dalam aplikasi teknik akan menghasilkan gaya drag yang berbeda, seperti diketahui bahwa geometri yang memiliki gaya drag yang lebih kecil banyak digunakan dalam aplikasi teknik. Berdasarkan hal tersebut maka akan dilakukan penelitian untuk mengetahui pola aliran pada bluff body dengan memvariasikan gap antara bluff body terhadap permukaan dinding serta untuk mengetahui gaya drag yang dialami bluff body. TINJAUAN PUSTAKA Choi dan Lee, meneliti distribusi tekanan pada permukaan silinder dan permukaan dinding test section untuk silinder (AR = 1) serta elips (AR= 2). 1 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Bengkulu 26

Gambar 1 Geometri benda penelitian Pada Gambar 2 distribusi tekanan pada permukaan silinder yang merupakan sebuah fungsi dari perbandingan gap untuk kedua bentuk elips dan sililnder sirkular, distribusi distribusi tekanan menjadi simetri sebagai respon silinder akibat perbandingan gap meningkat. Ketika silinder ditempatkan di kontak (G/B = 0) koefisien tekanan (Cp) pada permukaan yang rendah mendekati nilai konstanta positif pada titik area permukaan angin depan (-0.5<x/A<0.0) dan sebuah nilai negatif pada permukaan yang rendah (0.0< x/a <0.5). Distribusi tekanan pada silinder sirkular menunjukkan deviasi atau penyimpangan yang besar antara rasio gap G/B= 0.2 dan 0.5, hasil ini kemungkinan mendekati perbandingan gap kritis. Pada bagian tengah dari permukaan atas tidak ada perbedaan distribusi tekanan yang signifikan. Gambar 2. Nilai C p Pada Permukaan Elips dan Silinder Sirkular Re =1400 Perubahan pada tekanan dasar, drag dan lift pada Gambar 2.3 koefisien tekanan ditentukan sebagai koefisien tekanan trailing edge dari silinder, tekanan dasar elips lebih kecil dari silinder sirkular pada semua perbandingan gap. Hasil ini dari data yang nyata bahwa efek dinding ini menekan pusat pusaran membesar dan kecepatan menurun, pada pusat lapisan batas gelombang mengecil dibanding silinder sirkular. Untuk silinder sirkular AR = 1 tekanan dasar menurun secara drastis sebagai peningkatan perbandingan gap. Distribusi tekanan dasar memperlihatkan perubahan yang besar antara G/B = 0.2 dan G/B = 0.5. Pada G/B 0.5 tekanan dasarnya turun dengan lambat dengan perbandingan gap yang meningkat. Pada kasus yang lain untuk silinder elips (AR = 2), tekanan menurun secara perlahan dibanding dengan silinder sirkular pada peningkatan perbandingan gap. Koefisien drag diperkirakan dari data tekanan permukaan meningkat dengan perbandingan gap besar. Untuk perbandingan gap kecil dari G/B= 0.5 koefisien drag silinder elips (AR = 2) meningkat pelan-pelan. Pada kasus yang lain koefisien drag silinder sirkular meningkat secara cepat. Kurva koefisien drag ini mendekati nilai dari distribusi-distribusi tekanan seperti pada Gambar 3. 27

Gambar 3. Grafik Variasi Drag Koefisien Dan Lift Koefisien Sebagai Fungsi Perbandingan Gap Untuk Silinder Sirkular Dan Silinder Elips Distribusi tekanan pada plat surface ditunjukkan pada Gambar 4 sebagai fungsi dari perbandingan gap. Dari gambar tampak bahwa pada saat G/B = 2 aliran dari upstream dipercepat dan kecepatan aliran maksimum dicapai kira-kira pada daerah X/B= 0, ditandai dengan nilai tekanan paling rendah. Kemudian dengan semakin membesarnya perbandingan gap, tampak aliran diperlambat ketika mendekati daerah sempit yaitu daerah X/B = 0. Pada saat G/B = 0, laju aliran dari upstream dihambat, hingga kira-kira pada saat X/B = 0, tidak ada aliran yang melalaui celah, karena aliran diblok oleh silinder. Gambar 4. Distribusi Koefisien Tekanan pada Plat Datar S.J. Price dkk, melakukan penelitian tentang visualisasi aliran yang melintasi silinder sirkular didekat dinding datar. Menurut penelitian mereka ternyata: a. Rasio jarak gap yang sangat kecil (G/D 0.125), alirannya sangat lemah dan vortex shedding yang tidak teratur terjadi di sekitar downstream silinder. Separasi terjadi pada upstream dan downstream silinder, yang mana ukuran daerah upstream yang terseparasi menurun dengan semakin meningkatnya rasio gap. b. Rasio jarak gap sangat kecil (0.25 G/D 0.375), karakteristik luasan aliran sangat mirip dengan G/D yang sangat kecil. Daerah yang terseparasi pada sisi upstream dari silinder juga lebih kecil bila dibandingkan dengan G/D yang sangat kecil. Ketika aliran fluida yang melalui sisi celah mengalami akselerasi aliran dan reattaches di dinding. Terjadi pasangan antara bagian dalam shear layer silinder yang berbentuk shed dan boundary layer dinding dengan arah vorticity yang berbeda c. Rasio jarak gap menengah, (0.5 G/D 0.75), kedua shear layer sudah membentuk vortex shedding. Disini terjadi pengurangan ukuran daerah upstream yang terseparasi secara signifikan. Ukuran vortex aliran pada sisi upstream sudah sangat kecil. Pada bagian downstream dari silinder separasi dari dinding terjadi disekeliling formasi daerah vortex. d. Rasio gap lebar (G/D 1.0). Pada daerah ini tidak ada separasi di boundary layer wall, upstream maupun downstream silinder. Sehingga aliran yang melintasi silinder tersebut sama pentingnya dengan aliran yang melintasi silinder sirkular yang terisolasi. 28

Penelitian Pendahuluan Penelitian oleh Wawan Aries Widodo.dkk, [3] dilakukan dengan simulasi numerik CFD solver FLUENT 6.2 untuk mengkaji interaksi aliran yang melintasi dua bentuk silinder (silinder sirkular dan silinder tipe I-65 o ). Kedua bentuk silinder tersebut masing-masing tersusun tandem dengan jarak longitudinal (L/D) = 1,5, simulasi dijalankan dengan bilangan Reynolds (Re) = 5.3 x 10 4, didasarkan pada diameter silinder. Simulasi numerik tersebut menggunakan pendekatan 2D-steady flow RANS dan turbulence modeling Reynolds Stress Models (RSM). Hasil penelitian ini menunjukkan distribusi koefisien tekanan (Cp) untuk silinder-1, pada Gambar 5 (a) dan 5 (b), bahwa aliran fluida cenderung memilih untuk menghindari hambatan pada sisi celah, meskipun akselerasi pada sisi bawah silinder-1 pada berbagai variasi jarak gap (G/D) jauh lebih tinggi, terutama ketika aliran melintasi silinder tipe I- 65 o. Fenomena interaksi aliran fluida pada silinder-1, untuk silinder sirkular sangatlah berbeda jika dibandingkan dengan silinder tipe I-65 o. Sedikitnya momentum aliran di sisi bawah dan dengan bentuk kontur lengkung silinder sirkular, hal ini menyebabkan aliran selalu melekat (attach) atau tertuntun mengikuti kelengkungan kontur permukaan silinder sirkular hingga akhirnya terseparasi masif di sekitar posisi sudut 240 o. Gambar 5 Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Upstream Cylinder (Silinder-1) (a) Silinder Sirkular (b) Silinder Tipe I-65 o Gambar 6. Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Downstream Cylinder (Silinder-2) (a) Silinder Sirkular (b) Silinder Tipe I-65 0 Distribusi koefisien tekanan (Cp), pada silinder-2, baik pada silinder sirkular maupun silinder tipe I-65 o, ditunjukkan Gambar 6 (a) dan (b). Seluruh variasi jarak gap (G/D), menunjukkan momentum fluida yang terseparasi masif dari silinder-1 melingkupi kontur permukaan silinder-2, sehingga tekanan pada kontur permukaan silinder-2 hampir semuanya berharga negatif. Adanya puncak (peak) pada grafik distribusi koefisien tekanan (Cp) pada sisi celah silinder-2, pada kisaran sudut 300 o < θ < 320 o untuk silinder sirkular, dan kisaran sudut 29

280 o < θ < 300 o untuk silinder tipe I-65 o, hal tersebut mengindikasikan adanya fenomena reattachment, pada kontur permukaan bagian depan silinder-2, tepatnya di posisi sekitar 310 o untuk silinder sirkular dan 295 o untuk silinder tipe I-65 o. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan meletakkan model uji berupa silinder elips dan silinder sirkular di daerah test section dari wind tunnel. Wind tunnel yang dipakai dalam penelitian ini yaitu wind tunnel jenis open loop seperti Gambar 7. Model uji Gambar 7. Open Loop Wind Tunnel Gambar 8. (a) Posisi Silinder Sirkular Dalam Test Section Tampak Samping (b) Posisi Penomoran Pressure Tap Silinder Sirkular Gambar 9. (c) Posisi Silinder Elips Dalam Test Section Tampak Samping (d) Posisi Penomoran Pressure Tap Silinder Elips HASIL DAN PEMBAHASAN Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Permukaan Upstream Silinder Sirkular Distribusi koefisien tekanan (Cp) pada permukaan silinder sirkular upstream ditampilkan pada Gambar 10. Secara umum distribusi koefisien tekanan (Cp) tekanan pada permukaan upstream silinder sirkular menunjukkan mula-mula aliran menerpa permukaan silinder pada sudut 0 o dan terjadilah tekanan stagnasi yang ditandai dengan nilai Cp = 1. Kemudian aliran berakselerasi atau mengalami percepatan hingga kecepatan maksimum pada sudut kisaran 70 o ditandai dengan nilai Cp yang paling kecil, peristiwa ini dikenal dengan istilah favorable 30

pressure gradient dimana terjadi penyempitan streamtube. Setelah itu streamtube mulai membuka sehingga aliran mulai mengalami kenaikan tekanan sekaligus dengan penurunan kecepatan yang ditandai dengan kenaikan nilai Cp, peristiwa ini dikenal dengan adverse pressure gradient. Selanjutnya aliran terus melambat dimana momentum fluida pada sisi freestream tidak mampu melawan tekanan balik dan terjadi pemisahan boundary layer antara atas dan bawah. Setelah peristiwa adverse pressure gradient, aliran mengalami separasi masif dimana terlihat nilai Cp hampir konstan dari sudut 80 o <Ө<180 o. Pada kasus idealnya bahwa aliran dibelakang silinder aliran akan benar-benar separasi artinya nilai Cp akan konstan tetapi pada penelitian ini hal tersebut tidak terwujud. Gambar 10. Grafik Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Upstream Silinder Sirkular Peristiwa yang sama terjadi pada permukaan bawah silinder sirkular upstream atau pada sekitar sudut 360 o > Ө >300 o, dimana aliran mulai menerpa silinder sirkular pada titik stagnasi atau pada sudut 360 o dan menunjukkan nilai Cp = 1. Kemudian aliran berakselerasi hingga kecepatan maksimum pada sudut 270 o. Tetapi akibat adanya dinding yang memblok aliran seperti terlihat pada Gambar 4.2 mengakibatkan streamline antara permukaan atas dan bawah tidak simetri sehingga terlihat jelas perbedaan nilai Cp permukaan upstream silinder sirkular dimana nilai Cp pada permukaan bawah lebih kecil dibandingkan dengan nilai Cp permukaan bagian atas. Pada bagian jarak gap terkecil (G/D = 0.067) terjadi peningkatan kecepatan yang tinggi dibandingkan dengan jarak gap yang lainnya. Hal ini disebabkan streamtube yang terjadi pada posisi G/D = 0.067 memiliki penampang terkecil disaat melintasi celah sehingga kecepatan sangat tinggi. Kemudian aliran mengalami perlambatan kecepatan ditandai streamtube semakin melebar dan membentuk pola divergen sehingga nilai Cp semakin meningkat hingga sudut 240 o, kemudian terjadi separasi masif. Gambar 11a dan 11b, ilustrasi aliran yang terjadi pada silinder sirkular upstream menunjukkan adanya ketidaksimetrian streamline sehingga terlihat nilai Cp antara permukaan atas lebih tinggi daripada nilai Cp permukaan bawah dan semakin sempit G/D maka separasi semakin tertunda pada bagian bawah, hal ini terlihat dimana untuk G/D 0.067 separasi terjadi pada sudut 240 o, dan pada G/D = 0.267 separasi terjadi pada sudut 265 o. Banyaknya momentum aliran ke sisi atas (upper side) silinder sirkular justru menyebabkan aliran lebih cepat lepas dari permukaan dibanding pada sisi bawah. Gambar 11. (a) Aliran Melintasi Permukaan Silinder Sirkular Upstream G/D = 0.067 31

Gambar 11. (b) Aliran Melintasi Permukaan Silinder Sirkular Upstream G/D = 0.267 Distribusi Koefisien Tekanan Permukaan (Cp) Downstream Silinder Sirkular Akibat momentum aliran yang terseparasi masif dari silinder upstream pada Gambar 12 terlihat secara umum distribusi koefisien tekanan (Cp) yang terjadi pada permukaan silinder downstream hampir merata dan berharga negatif yang menunjukkan terjadinya separasi masif pada sudut 0 o sampai sudut 180 o. Secara umum bahwa pada semua variasi G/D sekitar sudut 335 o <Ө<360 o aliran separasi yang berasal dari belakang silinder upstream kemudian streamline mulai melebar ditandai dengan adverse pressure gradient yaitu peningkatan nilai Cp tetapi adanya vektor kecepatan aliran yang tinggi dari depan silinder mengakibatkan momentum fluida menghantam aliran sehingga separasi tertunda ditandai dengan adanya separasi bubble pada 310 o hal ini menunjukkan fenomena reattachment. Gambar 12. Grafik Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Downstream Silinder Sirkular Kemudian dengan adanya penyempitan streamtube sehingga aliran mengalami peningkatan kecepatan ditunjukkan dengan nilai Cp semakin menurun hingga kecepatan maksimum pada sudut 270 o. Kemudian streamline membentuk pola divergen ditandai nilai Cp yang membesar hingga akhirnya separasi pada sudut sekitar 230 o. Pada Gambar 13a dan 13b menunjukkan semakin sempit jarak gap maka separasi semakin tertunda pada bagian bawah, hal ini terlihat bahwa untuk G/D = 0,067 separasi terjadi pada sudut 220 o dan pada G/D = 0.267 separasi terjadi pada sudut 230 o. Gambar 13. (a) Aliran Melintasi Permukaan Silinder Sirkular Downstream G/D = 0.067 Gambar 13. (b) Aliran Melintasi Permukaan Silinder Sirkular Downstream G/D = 0.267 32

Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Permukaan Upstream Silinder Elips Interaksi aliran fluida terhadap elips yang dikarakteristikan dengan distribusi koefisien tekanan (Cp) yang melintasi permukaan lengkung silinder elips dengan axis ratio (AR = 2) ditunjukkan pada Gambar 14 Aliran mula-mula menerpa silinder elips pada titik stagnasi ditandai dengan nilai Cp =1 pada sudut 0 o. Kemudian fluida mengalir mengikuti permukaan elips dan terjadi peningkatan kecepatan ditandai dengan penurunan nilai Cp hingga berakselerasi maksimum pada sudut 70 o. Aliran kemudian mengalami adverse pressure gradient ditandai dengan peningkatan nilai Cp dan streamline yang divergen. Fenomena ini berbeda dengan fenomena yang terjadi pada silinder sirkular dimana separasi pada silinder elips lebih tertunda akibat bentuk streamlining body yang lebih halus, sehingga aliran lebih mengikuti permukaan, sedangkan pada silinder sirkular streamline yang terbentuk lebih divergen sehingga separasi terjadi lebih cepat. Gambar 14. Grafik Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Upstream Silinder Elips Pada bagian bawah silinder elips mula-mula aliran yang menerpa permukaan elips pada titik stagnasi ditandai dengan nilai Cp = 1 pada sudut 360 o. Adanya dinding dibawah silinder elips mengakibatkan aliran mengalami kecepatan yang sangat tinggi hingga kecepatan maksimum pada sudut sekitar 265 o. Hal ini ditunjukkan dengan nilai Cp lebih jauh menurun dibandingkan dengan nilai Cp pada permukaan bagian atas slinder elips. Fenomena peningkatan kecepatan pada G/D = 0.067 lebih jelas dari pada G/D = 0.133, 0.2, 0.267. Kemudian aliran melintasi celah atau gap dan tiba-tiba dibiaskan sehingga terbentuk streamtube yang semakin melebar ditandai dengan nilai Cp yang semakin meningkat, aliran selanjutnya mengalami separasi masif dibelakang silinder elips. Secara umum untuk jarak G/D =0.133, 0.2, 0.267 menunjukkan penurunan dan kenaikan nilai Cp relatif sama. Pada pengujian yang sama untuk G/D = 0,067, ternyata nilai Cp lebih kecil. Fenomena tersebut dapat dijelaskan pada Gambar 15a dan 15b, dimana pada Gambar terlihat adanya pengaruh dinding terhadap kesimetrian streamline aliran fluida yang melintasi permukaan silinder elips yang pada akhirnya akan mempengaruhi nilai Cp. Gambar 15. (a) Aliran Melintasi Permukaan Silinder Elips Upstream G/D 0.067 Gambar 15. (b) Aliran Melintasi Permukaan Silinder Elips Upstream G/D 0.267 33

Pada daerah trailing edge untuk silinder elips dengan berbagai variasi G/D, menunjukkan karakteristik aliran yang tipikal, hal ini ditunjukkan separasi yang terjadi pada G/D = 0.067 lebih tertunda dibandingkan dengan G/D = 0.267. Kondisi tersebut disebabkan keberadaan silinder elips yang lebih dekat dengan dinding. Semakin sempit G/D maka separasi semakin tertunda. Apabila dibandingkan separasi yang terjadi pada silinder elips dengan separasi yang terjadi pada silinder sirkular terlihat bahwa separasi terjadi lebih dulu pada silinder sirkular. Hal ini diakibatkan oleh geometri silinder elips yang lebih lengkung, sehingga pola streamline yang terbentuk pada elips tidak begitu divergen atau menyebar. Distribusi Koefisien Tekanan Permukaan (Cp) Downstream Silinder Elips Fenomena yang terjadi pada permukaan silinder elips downstream dikarakteristikkan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 16 Pada jarak longitudinal (L/D = 1.5) aliran yang terseparasi masif dari silinder elips upstream mengakibatkan freestream flow silinder downstream terganggu. Secara umum untuk semua jarak gap diperoleh nilai Cp yang diperoleh berharga negatif. Fenomena tersebut dimulai dengan streamtube yang membuka pada sudut 0 o hingga pada sudut 20 o yang menunjukkan adverse pressure gradient ditandai nilai Cp yang meningkat tetapi karena dihantam oleh aliran upstream sehingga aliran reattachment. Kemudian terjadi pengecilan streamtube pada bagian atas silinder elips yang ditunjukkan terjadinya kecepatan aliran yang tinggi hingga kecepatan maksimum yang sejalan dengan penurunan nilai Cp pada sudut 30 o sampai pada sudut sekitar 90 o. Aliran kemudian mengalami perlambatan kecepatan ditandai streamtube melebar, peristiwa ini ditunjukkan oleh nilai Cp yang semakin meningkat atau terjadi adverse pressure gradient yaitu pada sudut sekitar 90 o sampai 140 o hingga aliran separasi. Gambar 16. Grafik Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Downstream Silinder Elips Secara umum penurunan nilai Cp terjadi pada semua variasi gap. Aliran yang terseparasi masif dari silinder-1 pada L/D = 1.5 diteruskan hingga aliran mengalami peningkatan nilai Cp pada sudut sekitar 340 o kemudian karena momentum aliran pada bagian bawah yang besar mengahantam aliran diatas terjadi separasi bubble yang ditandai aliran reattachment pada sudut 340 o. Fenomena pada posisi 330 o sampai 265 o adalah terjadi kecepatan sangat tinggi dibandingkan dengan kecepatan yang terjadi pada permukaan atas silinder elips ditunjukan nilai Cp yang lebih kecil hal ini diakibatkan adanya dinding yang memblok aliran. Setelah mencapai titik akselerasi maksimum pada sudut 270 o aliran dibiaskan keatas sehingga streamtube mengecil, yang menandakan kecepatan menurun dan nilai Cp semakin meningkat pada sudut 200 <Ө< 260, hingga aliran terseparasi. Pada Gambar 17a dan 17b terlihat bahwa pada jarak gap 0.067 dibandingkan jarak gap yang lainnya, separasi lebih tertunda yang diakibatkan posisi silinder elips yang lebih dekat dengan dinding. Gambar 17. (a) Aliran Melintasi Permukaan Silinder Elips Downstream G/D = 0.067 34

Gambar 17. (b) Aliran Melintasi Permukaan Silinder Elips Downstream G/D = 0.267 KESIMPULAN Berdasarkan data kuantitaf (distribusi koefisien tekanan (Cp)), nilai gaya drag (F D ) yang diperoleh dari dua silinder tersusun tandem pada dinding datar (flat wall) dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Gap yang sempit (G/D) menjadikan momentum fluida lebih cenderung menghindari sisi celah sempit antara silinder dengan dinding datar terutama ditunjukkan pada silinder sirkular untuk G/D = 0.067 lebih divergen ditandai nilai Cp konstan yang lebih cepat terjadi yaitu pada 90<Ө<240. 2. Keberadaan separasi masif pada kontur permukaan silinder elips, secara keseluruhan memberikan kontribusi dalam mereduksi gaya hambat (drag) secara khusus terlihat bahwa separasi pada silinder elips untuk G/D 0.067 lebih tertunda, terjadi pada 130<Ө<190 dibandingkan separasi yang terjadi pada silinder sirkular untuk G/D = 0.067, terjadi pada 90<Ө<140. DAFTAR PUSTAKA Choi, J.H. & Lee,S.J, 2000, Ground Effect of Flow Arround an Elliptic Cylinder in a Turbulent Boundary Layer, Journal of Fluids And Structures, Vol. 14,697-709 Prince.dkk. 2002. Flow Vizualition Arround a Circular Cylinder Near to a Plane Wall Journal of Fluids and Stuctures.Vol 16 (2), 175-191. Widodo,Wawan Aries., Yuwono,Triyogi & Mirmanto,Heru., 2010, Studi komparasi simulasi numerik aliran melintasi dua silinder teriris (tipe I-65 0 ) dan dua silinder sirkular tersusun tandem (L/D=1,5) akibat pengaruh Dinding datar pada berbagai jarak Gap (G/D), Journal Teknik Mesin, Vol. 10, 90-98. Fox, W.Robert., Mc Donald, Alan T, and Pritchard, Philip J., 2004, Introduction to fluids Mehanics, 6 th edition, Jhon Wiley and Sons, Inc., New York 35