ANALISIS AERODINAMIKA PADA MOBIL SEDAN

DENGAN VARIASI SUDUT DIFFUSER DAN SUDUT BOAT TAIL

MENGGUNAKAN CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

DANANG BUDI PRASETYO

NIM. I0411012

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017

iv

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Pemurah.

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Besar, karena

berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyusun dan

menyelesaikan laporan Skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam penyelesaian Skripsi ini tidak mungkin dapat terselesaikan tanpa

bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh

karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan

Skripsi ini, terutama kepada:

1. Allah SWT yang telah memberikan kuasa, rahmat, berkah, dan hidayah-Nya.

2. Ayah dan ibu penulis yang selalu mencurahkan segala doa, daya dan

kemampuannya untuk penulis sehingga penulis mampu menjadi seperti

sekarang ini.

3. Bapak D. Danardono S.T., M.T., PhD. selaku Dosen Pembimbing I yang selalu

memberikan dukungan yang begitu banyak dan memberikan solusi ketika

penulis mendapatkan kesulitan.

4. Bapak Dr.Techn. Syamsul Hadi S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II yang

telah memberikan saran, solusi, dan bersedia membantu tata tulis dalam

penyusunan laporan ini. Terima kasih telah membimbing penulis selama ini.

5. Bapak Purwadi Joko W. S.T., M. KOM., Bapak R. Lulus Lambang S.T., M.T.,

dan Bapak Eko Prasetyo B. S.T., M.T. selaku dewan penguji yang telah

memberikan saran dan kritik yang membangun. Terima kasih banyak atas

segala masukan, kritik, dan saran yang telah diberikan kepada penulis.

6. Semua keluarga di Prambanan yang telah memberikan doa dan dorongan

semangat baik moril maupun materil kepada penulis selama pengerjaan skripsi

ini.

7. Seluruh rekan Teknik Mesin khususnya angkatan 2011 yang telah membantu

dalam penyusunan laporan skripsi ini.

v

8. Seluruh pihak yang secara langsung maupun tidak langsung yang telah

memberikan bantuan dan dukungannya dalam pembuatan laporan ini yang tidak

bisa penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih jauh dari

kata sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran serta kritik yang dapat

membangun laporan ini agar menjadi lebih baik.

Akhir kata semoga laporan ini dapat memberikan manfaat dan berguna bagi

kita semua. Amin.

Surakarta, Januari 2017

Penulis

vi

ANALISIS AERODINAMIKA PADA MOBIL SEDAN

DENGAN VARIASI SUDUT DIFFUSER DAN SUDUT BOAT TAIL

MENGGUNAKAN CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)

Danang Budi Prasetyo

I0411012

Mahasiswa Program Sarjana Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta Indonesia

danangbudipras@gmail.com

+6281369182495

Abstrak

Perbaikan sifat aerodinamika pada kendaraan dapat dilakukan dengan menambah

atau mengurangi bagian dari kendaraan tersebut. Pada model sedan tiga dimensi

dengan penambahan diffuser dan boat tail pada bagian rear end menambah ruang

gerak udara di sekitar kendaraan. Analisis model mobil dilakukan pada kecepatan

100 km/jam (untuk mendapatkan nilai koefisien drag). Analisis model mobil sedan

dilakukan dengan menggunakan software ANSYS Fluent. Hasil penelitian

menunjukan bahwa penambahan diffuser pada mobil sedan dihasilkan model

terbaik pada sudut 6° dengan penurunan koefisien drag mencapai 9,5%.

Penambahan boat tail pada model dengan sudut diffuser 6° dihasilkan model

terbaik pada sudut boat tail 5° dengan penurunan koefisien drag mencapai 4%.

Penurunan total koefisien drag dari model terbaik mencapai 13,21% dibandingkan

dengan model baseline. Pada pengujian model terbaik pada rentang kecepatan 25

km/jam-125 km/jam didapatkan bahwa kecepatan yang semakin bertambah maka

nilai koefisien drag mengalami kenaikkan sampai kecepatan 100 km/jam,

kemudian terjadi sedikit penurunan pada kecepatan 125 km/jam.

Kata kunci : ANSYS Fluent, Boat tail, Diffuser, koefisien drag, Mobil sedan.

vii

AEROYNAMICS ANALYSIS ON THE SEDAN CAR

WITH VARIATIONS OF DIFFUSER ANGLE AND BOAT TAIL ANGLE

BY USING CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)

Danang Budi Prasetyo

I0411012

Student of Undergraduate Program of Mechanical Engineering

Faculty Of Engineering Sebelas Maret University

Surakarta Indonesia

danangbudipras@gmail.com

+6281369182495

Abstract

Aerodynamics properties improvements in vehicle can be done by adding or

reducing a part of the vehicle. At the tree dimensional sedan model with the

additional of diffuser and boat tail at the rear end increase the air space around

the vehicle. Sedan car model analysis performed at speed 100 km/h (to get the value

of drag coefficient). Analysis has been carried out by using ANSYS Fluent software.

The result showed that the addition of diffuser at the sedan model was produced the

best model at an angle of 6° with the reduction of drag coefficient reached 9,5%.

The additional boat tail at the model with an angle diffuser of 6° was produced the

best model at the boat tail angle of 5° with the reduction of drag coefficient was

4%. The drag coefficient total reduction of the best models reached 13,21% if it

was compared with the baseline model. In testing the best models in the speed range

of 25 km/h-125 km/h was found that the increase of speed then the value of the drag

coefficient improved and reached the speed of 100km/h, then there was a little

reduction at speed of 125 km/h.

Keywords : ANSYS Fluent, Boat tail, Diffuser, drag coeffisien, Sedan car.

viii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ....................................................................................... iv

ABSTRAK .......................................................................................................... vi

ABSTRACT ........................................................................................................ vii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... x

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xiii

DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xvi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

1.1.Latar Belakang Masalah ...................................................................... 1

1.2.Rumusan Masalah ................................................................................ 3

1.3.Batasan Masalah .................................................................................. 3

1.4.Tujuan Penelitian .................................................................................. 3

1.5.Manfaat Penelitian ................................................................................ 3

1.6.Sistematika Penulisan .......................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................. 5

2.1.Tinjauan Pustaka .................................................................................. 5

2.2.Dasar Teori............................................................................................ 8

2.2.1. Gaya Hambat (Drag Force)...................................................... 9

2.2.2. Diffuser dan Boat tail ............................................................... 9

2.2.3. Lapis Batas ....................................................................................... 12

2.2.4. Separasi Aliran .......................................................................... 13

2.2.5. Pemodelan Dengan Solidwork ................................................. 14

2.2.6. Computational Fluid Dynamic (CFD) ..................................... 14

2.2.7. Simulasi dengan Fluent ............................................................ 15

BAB III METODE PENELITIAN

3.1.Alat daan Bahan ........................................................................................... 20

3.2.Diagram Alir Perancangan ................................................................... 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 23

4.1 Validasi Pemodelan.............................................................................. 23

ix

4.2 Simulasi Mobil Sedan .......................................................................... 26

4.2.1 Simulasi dengan Variasi Sudut Diffuser .................................... 26

4.2.2 Hasil Simulasi dengan Variasi Sudut Diffuser........................... 27

4.2.3 Simulasi dengan Variasi Sudut Boat tail ................................... 31

4.2.4 Hasil Simulasi dengan Variasi Sudut Boat tail .......................... 32

4.2.5 Hasil Simulasi Pada Variasi Kecepatan ..................................... 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 41

5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 41

5.2. Saran.................................................................................................... 41

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 42

LAMPIRAN ................................................................................................... 44

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Model mobil sedan (Hu, 2011) ..................................................................... 6

Gambar 2.2 Hasil simulasi (Hu, 2011) .............................................................................. 6

Gambar 2.3 (a) Hasil pengujian eksperimen dan CFD (Lai, 2011) (b) Hasil pengujian

dengan CFD (Marklund, 2013) ..................................................................... 7

Gambar 2.4 (a) dengan boat tail (b) tanpa boat tail (Wong, 1982). ................................ 8

Gambar 2.5 Pengaruh perubahan bentuk boat tail) .................................................... 8

Gambar 2.6 Persentase Cd pada mobil penumpang (Bouferrouk, 2014) .............. 10

Gambar 2.7 Diffuser pada mobil formula 1 (Peddie dan Gonzalez, 2009) ........... 11

Gambar 2.8 Boat tail (Wong, 1983) ...................................................................... 12

Gambar 2.9 Lapis batas pada pelat tipis (Hucho, 1998) ........................................ 12

Gambar 2.10 Separasi pada aliran lapis batas (Hucho, 1998) ............................... 13

Gambar 3. Diagram alir penelitian ........................................................................ 20

Gambar 4.1 Ahmed Bodi (Meile, 2011) ................................................................ 23

Gambar 4.2 Body of influence ............................................................................... 24

Gambar 4.3 Hasil meshing ahmed bodi dengan Ansys ......................................... 24

Gambar 4.4 Boundary condition ........................................................................... 25

Gambar 4.5 Dimensi mobil sedan ......................................................................... 26

Gambar 4.6 Domain pada mobil ........................................................................... 26

Gambar 4.7 Hasil meshing pada mobil sedan ....................................................... 27

Gambar 4.8 Grafik Cd terhadap sudut diffuser. .................................................... 28

Gambar 4.9 Kontur tekanan pada bagian belakang mobil (a) Tampak belakang (b)

Tampak bawah .................................................................................... 29

Gambar 4.10 Tampilan Streamline kecepatan pada simetri. ................................. 30

Gambar 4.11 Dimensi mobil dengan variasi boat tail. .......................................... 31

Gambar 4.12 Grafik Cd terhadap variasi Boat tail ................................................ 32

Gambar 4.13 Kontur tekanan pada bagian belakang mobil (a) Tampak belakang (b)

Tampak samping ................................................................................ 33

Gambar 4.14 Tampilan Streamline kecepatan pada simetri. ................................. 34

Gambar 4.15 Kontur kecepatan pada bagian belakang mobil tampak atas. .......... 35

Gambar 4.16 Grafik Cd terhadap variasi kecepatan .............................................. 36

Gambar 4.17 Kontur tekanan pada variasi kecepatan. .......................................... 37

xi

Gambar 4.18 Kontur kecepatan pada variasi kecepatan. ....................................... 38

Gambar 4.19 Vektor kecepatan pada variasi kecepatan. ....................................... 39

Gambar 4.20 Streamline pada variasi kecepatan. .................................................. 40

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kualitas skewness .................................................................................. 15

Tabel 4.1 Tabel properties material ...................................................................... 25

Tabel 4.2 Koefisien drag hasil Simulasi ............................................................... 28

Tabel 4.3 Hasil simulasi variasi boat tail .............................................................. 32

Tabel 4.4 Hasil simulasi dari variasi kecepatan .................................................... 36

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data koefisien drag hasil uji ................................................................. 44

Lampiran 2. Model sedan ......................................................................................... 45

Lampiran 3. Kontur hasil simulasi diffuser ............................................................... 46

Lampiran 4. Kontur hasil simulasi boat tail .............................................................. 49

Lampiran 5. Kontur hasil simulasi variasi kecepatan ............................................. 53

xiv

DAFTAR NOTASI

𝐷 = Gaya hambat N

𝐶D = Koefisien drag

𝜌 = densitas fluida Kg m3⁄

A = luasan m2

V = Kecepatan m s⁄

δ = tebal lapis batas m

L = panjang karakteristik m

v = viskositas kinematik Kg/ms