TUGAS AKHIR STUDI PERENCANAAN UNTUK PERFORMANCE SPOILER MCX-1 SP DAN MCX-2 SP PADA KENDARAAN TRUK DENGAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD)

TUGAS AKHIR STUDI PERENCANAAN UNTUK PERFORMANCE SPOILER MCX-1 SP DAN MCX-2 SP PADA KENDARAAN TRUK DENGAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD) Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh : HERLAMBANG PUTRA JAWI NIM : D 200 11 0005 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 i

ii

iii

iv

v

MOTTO Kalau ingin hidup harus punya mimpi, Tetapi hidup jangan sekadar hidup, Karena monyet juga bisa hidup. Rencana hidup adalah pekerjaan dan usaha, Tidak lupa juga untuk berdoa, Berusaha dan berdo a adalah kewajiban setiap manusia. Kalau kerja hanya sekadar kerja, Babi hutan juga bekerja. Maka yakinlah bahwa di setiap kerja keras orang baik dan jujur, Akan datang senyum yang lebar untuk kehidupan yang lebih baik, Suatu hari nanti. Karena ALLAH SWT MAHA ADIL. vi

HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada : Bapak dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan, dan pengorbanannya yang senantiasa membimbing dan mendo akanku. Kawan Tri Hartanto, Edy Nugroho, dan Alif Komarudin, yang selalu membantu dalam segala hal baik moril maupun materiil. Sahabatku (teman-teman angkatan 2011 teknik mesin) yang selalu kompak, dan penuh solidaritas. Almamater (Universitas Muhammadiyah Surakarta) Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang telah membimbing saya dalam perkuliahan. Bapak Dosen Pembimbing akademik Ir. Pramuko IP, MT., Bapak Dosen Pembimbing utama tugas akhir Ir. Sarjito, MT, Ph.D, dan Bapak Dosen Pembimbing pendamping tugas akhir Wijianto, ST, M.Eng, Sc. Saya berterima kasih atas pengarahan dan bimbingannya yang telah banyak saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah Surakarta. vii

KATA PENGANTAR Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Sri Sunarjono MT, Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo BR. ST, MSc, Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Sarjito, MT, Ph.D selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Wijianto, ST, M.Eng, Sc. Selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan arahannya. 5. Bapak Ir. Pramuko IP, MT. Selaku Pembimbing Akademik. viii

ix

ABSTRAKSI Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan permodelan dan simulasi perilaku aerodinamika pada kendaraan truk dengan penambahan berupa spoiler MCX-1 Sp dan spoiler MCX-2 Sp menggunakan software simulasi CFD. Selain itu untuk mendeskripsikan fenomena aliran fluida yang terjadi disekitar masing-masing model kendaraan truk, sehingga nilai koefisien drag dari truk akan diketahui dan diperoleh perbedaan hasil simulasi dari masing-masing model kendaraan truk. Dalam proses simulasi ini akan dilakukan dengan variasi pada bentuk geometri spoiler dan kecepatan kendaraan truk, dimana kecepatan divariasikan antara 5 m/s sampai 25 m/s dengan interval kecepatan 5 m/s. Model dibuat dalam skala yang sesuai dimaksudkan untuk mendeskripsikan perilaku aliran baik didepan maupun dibelakang kendaraan truk dan simulasi dilakukan pada kondisi steady state. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rata-rata koefisien drag terendah terjadi pada truk dengan spoiler MCX-2 Sp sebesar 0,192000036 dan C D tertinggi pada truk tanpa spoiler sebesar 0,21183409. Ini membuktikan bahwa penambahan spoiler MCX-2 Sp pada truk mampu menurunkan gaya hambat dibandingkan model lainnya. Kata kunci : Truk, Kecepatan, Koefisien Drag, Aerodinamika, CFD x

ABSTRACTION Purpose of research thesis is to doing about models and behavior aerodynamic of simulation on truck vehicle with added as spoiler MCX-1 Sp and spoiler MCX-2 Sp utilize CFD simulation software. Besides to describe fluid flow phenomenon that happening around each truck vehicle models, so point drag coefficient of truck will be known and gotten difference result simulated of each truck vehicle models. In this simulated process will be doing with variation on shaped spoiler geometry and truck vehicle speed, speed variation is among 5 m/s until 25 m/s with speed interval 5 m/s. Models made in scale suitably being meant to describe flow behaviour at front and also behind truck and simulation vehicle is to doing on steady state condition. Result of research to point out that average of drag coefficient value is lowest happens on truck with spoiler MCX-2 Sp as big as 0,192000036 and drag coefficient value is supreme happens on truck without spoiler as big as 0,21183409. This proves that added as spoiler MCX-2 Sp on truck can reduce drag coefficient on truck than another models. Keyword : Truck, Speed, Drag Coefficient, Aerodynamic, CFD. xi

DAFTAR ISI Halaman Judul... i Pernyataan Keaslian Topik Tugas Akhir... ii Halaman Persetujuan... iii Halaman Pengesahan... iv Lebar Soal Tugas Akhir... v Halaman Motto... vi Halaman Persembahan... vii Kata Pengantar.. viii Abstraksi... x Daftar Isi... xii Daftar Gambar...xiv Daftar Tabel....xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Subyek Penelitian... 1 1.2 Latar Belakang Penelitian... 1 1.3 Lingkup Penelitian... 4 1.4 Tujuan Umum Penelitian... 5 1.5 Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Tinjuan Pustaka... 8 2.2 Dasar Teori... 12 2.2.1 Karakteristik Aliran Fluida... 12 2.2.2 Konsep Dasar Aliran Fluida... 15 2.2.3 Hukum Bernoulli... 19 2.2.4 Koefisien Drag... 20 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian... 21 xii

3.2 Langkah Simulasi CFD Kendaraan Truk Pada Kondisi Steady State... 22 3.2.1 Pembuatan Geometri dan Proses Meshing... 23 3.2.2 Pre-Processor... 30 3.2.3 Solver Manager... 33 3.2.4 Post-Processor... 35 BAB IV PEMBAHASAN DAN ANALISA DATA 4.1. Verifikasi Software dan Validasi Data... 37 4.2 Studi Koefisien Drag (C D ) Kendaraan Truk Pada Kondisi Steady State... 39 4.3 Studi Hubungan Kecepatan Terhadap Koefisien Drag Pada Kendaraan Truk... 42 4.4 Uji Varian Satu Jalan atau One Way Anova... 43 4.5 Visualisasi Streamlines dan Vector Plot Kecepatan Pada Kendaraan Truk... 48 4.5.1 Visualisasi Streamlines Pada Kendaraan Truk... 50 4.5.2 Visualisasi Vector Plot Kecepatan Aliran Disekitar BAB V PENUTUP Kendaraan Truk... 52 5.1 Kesimpulan... 55 5.2 Saran... 56 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pola aliran udara disekitar kendaraan truk... 10 Gambar 2.2 Aliran laminar... 13 Gambar 2.3 Profil lapis batas aliran transisi sepanjang pelat datar... 14 Gambar 2.4 Aliran turbulen... 15 Gambar 2.5 Posisi profil aliran fluida inviscid pada boundary layer... 18 Gambar 2.6 Pemisahan aliran lapisan batas pada dinding spoiler... 19 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian... 21 Gambar 3.2 Diagram alir simulasi... 23 Gambar 3.3 Desain truk pada masing-masing model truk menggunakan software Solidworks 2013... 24 Gambar 3.4 Hasil import pada pembuatan geometri... 25 Gambar 3.5 Computational Domain... 26 Gambar 3.6 Hasil proses meshing... 27 Gambar 3.7 Inflation Boundary Layer... 28 Gambar 3.8 Pengaturan properti domain... 31 Gambar 3.9 Posisi kondisi batas domain simulasi... 32 Gambar 3.10 Pengaturan solver pada simulasi CFD... 34 Gambar 3.11 Hasil proses solver pada Ansys 15.0 CFX-Solver... 35 Gambar 3.12 Contoh hasil simulasi dengan Ansys CFX-post... 36 Gambar 4.1 Perbandingan hasil simulasi CFD dengan percobaan wind tunnel performa spoiler MCX-1 Sp pada truk hubungan antara kecepatan dan drag... 38 xiv

Gambar 4.2 Hubungan antara kecepatan terhadap koefisien drag pada kendaraan truk... 42 Gambar 4.3 Visualisasi streamlines pada kendaraan truk... 50 Gambar 4.4 Vector plot kecepatan aliran disekitar kendaraan truk... 52 xv

DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Kondisi batas meshing... 27 Tabel 3.2 Pengaturan inflation pada mesh... 28 Tabel 3.3 Jumlah mesh statistics pada masing-masing model truk... 29 Table 3.4 Kondisi batas untuk simulasi steady state... 32 Tabel 4.1 Nilai kondisi lingkungan... 37 Tabel 4.2 Data input SPSS... 44 Tabel 4.3 Tabel output uji satu jalan atau one way ANOVA... 45 xvi