Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin

8/19/2019 Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin

1/19

PROPOSAL TUGAS AKHIR

ANALISIS CFD TEROWONGAN ANGIN

MENGGUNAKAN AXIALFAN 5.5 Kw DENGAN

DIAMETER 1225 mm.

Nama : Azharyanto Fadhli

No. Pokok : 4314218045

JURUSAN TEKNIK MESIN – FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS PANCASILA

JAKARTA

2016


2/19

LEMBAR PENGESAHAN

Telah diperiksa, disetujui, dan diterima dengan baik oleh Dosen Pembimbing

Tugas Akhir untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi sebagian dari syarat-

syarat guna mengikuti sidang tugas akhir Program Studi Teknik Mesin


Nomor Pokok : 4314218045

Jurusan : Teknik Mesin Strata Satu (S1)

Bidang Kekhususan : Teknik Konversi Energi

Judul Tugas Akhir : Analisis CFD Terowongan Angin menggunakan

Axial Fan 5.5 kW dengan Diameter 1225 mm.

Jakarta, Maret 2016

Menyetujui, Pembimbing TugasAkhir

(Dr. Damora Rhakasywi, ST.MT)

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir

(Ir. Eddy Djatmiko, MT) (I Gede Eka Lesmana, ST.MT)

ii


3/19

DAFTAR ISI

Lembar Pengesahan …………………………………………………………............. i

DAFTAR ISI ................................................................................................................ 1

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 2

1.1 Latar Belakang............................................................................................... 2

1.2 Tujuan Penulisan ........................................................................................... 3

1.3

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

1.4

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

BAB II DASAR TEORI............................................................................................... 4

2.1 Pengertian Umum Terowongan Angin .......................................................... 4

2.1.1

Jalur Rangkaian Terowongan Angin ...................................................... 4

2.1.2

Bagian – bagian Terowonga Angin Rangkaian Terbuka ....................... 5

2.1.3 Kelebihan dan Kekurangan Pada Terowongan Angin ........................... 8

2.2 Pengertian Umum CFD (Computational Dynamics Fluid ) ........................... 8

2.2.1

Langkah Umum CFD ............................................................................. 8

2.2.2

Pre-Processing ........................................................................................ 9

2.2.3 Processing ............................................................................................ 10

2.2.4 Post Processor ..................................................................................... 11

BAB III METODE ..................................................................................................... 12

3.1 Langkah-Langkah Pengerjaan ..................................................................... 12

3.2 Deskripsi Kerja ............................................................................................ 12

3.3 Langkah Pengerjaan .................................................................................... 13

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 16

1


4/19

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Wind tunnel atau terowongan angin adalah alat riset dikembangkan untuk

membantu dalam menganalisa efek angin yang bergerak atau di sekitar objek padat.

Umumnya, perancangan terowongan angin berdasarkan dari data-data hasil

eksperimen. Eksperimen ini menggunakan motor listrik untuk menghasilkan

hembusan angin didalam terowongan angin. Esperimen yang dilakukan dapat

dihasilkan kontribusi tekanan di setiap bagian-bagian terowongan angin tersebut

dengan kontruksi terowongan angin yang telah dirancang.

Sekarang ini, tentunya untuk menganalisa aerodinamis suatu benda atau

kendaraan yang akan dirancang (terutama desain body), akan membutuhkan suatu alat

yang dapat membantu dalam menganalisis hambatan angin yang dapat diterima.

Rancangan harus selalu membuat moke up terlebih dahulu dan lalu dilakukan

pengujian, maka akan mengahabiskan banyak waktu dan biaya. Sekarang sudah

banyak berkembangnya software yang dapat membantu menganalisa untukmengoptimlakan dalam merancang Terowongan angin. Beberapa software seperti

Ansys, SolidWorks, Inventor, Catia , Fluent dan lain - lain yang dapat mengaplikasikan

Computional Fluid Dynamic (CFD), sehingga dengan adanya software tersebut,

perancang dapat merubah dan memilih sehingga desain bisa sangat optimal tanpa

memkan wakt dan biaya yang sangat mahal.

Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran

fluida, perpindahan panas, reaksi kimia dan fenomena lainnya dengan meyelesaikan

persamaan – persamaan matematika (model matematika). Dasar persamaan –

persamaan fluida dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan – persamaan

diferensial parsial (PDE = Partial Differentian Equation) yang mempresentasikan

hukum – hukum konservasi massa, momentum dan energi. [2]

2


5/19

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan yang ingin dicapai oleh penulis dalam pelaksanaan tugas akhir ini

diantaranya :

1.

Dapat mensimulasikan Terowongan Angin yang telah dirancang.

2. Mengetahui bentuk/shape seperti apa yang paling optimal.

3. Memaksimalkan aliran yang ada di test chamber dengan menggunakan

axial fan yang telah ditentukan.

4. Mengetahui nilai turbulensi, kecepatan dan tekanan yang terjadi pada test

chamber.

1.3 Rumusan Masalah

Terdapat beberapa rumusan masalah yang dapat diambil, yaitu:

1. shape/ bentuk seperti apa yang paling optimal untuk design wind tunnel

untuk kapasitas lab?

2. Berapa dimensi maksimum yang didapat untuk bagian test chamber ?

3. Berapa nilai turbulensi, kecepatan dan tekanan yang terdapat pada test

chamber ?

1.4 Batasan Masalah

Penulis ingin memfokuskan apa yang akan dibahas dan mencegah meluasnya

masalah, maka akan membatasi masalah, yaitu pada simulasi Terowongan Angin yang

telah dirancang sesuai dengan Axial Fan yang diameter 1225 mm, dengan kecepatan

putar 950 RPM , Dayanya sebesar 5.5 kW dan mencoba dengan berbagai macam

bentuk/shape (Square, Persegi 6, persegi 8 dan Lingkaran), sehingga mendapatkan

Terowongan Angin yang ukuran minimum 500 x 500 mm dan hasilnya optimal

(turbulensi yang rendah pada aliran).

3


6/19

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Umum Terowongan Angin

Terowongan angin digunakan untuk mensimulasikan keadaan sebenarnya pada

suatu benda yang berada dalam pengaruh gaya-gaya aerodinamik dalam bidang

aeronautika kinerja mekanika terbang ( flight mechanic) dari suatu benda terbang

(aerial vechicle) dapat diuji secara experimental, dengan peralatan system pendukung

yang memiliki kemampuan ukur enam derajat kebebasan (degree of freedom), yaitu

gaya, Fdrag, Fthrust, Fweight, Flift, Fside, momen, Mpitch, Mroll, Myaw. Obyek

analisa ini sangat luas sehingga dibagi dalam beberapa sub klasifikasi. Pada bidang

otomotif desain kendaraan modern menuntut bentuk (shape) yang futuristic tapi juga

hambatan angin dapat direduksi sehingga konsumsi bahan bakar lebih hemat. Dalam

hal ini reduksi Coefisien Drag dapat dilakukan melalui pengujian dengan terowongan

angin. Selain itu juga menuntut kestabilan tinggi terutama saat menikung sehingga

menuntut gaya tekan ke bawah (down force negative lift) yang optimal. Terowongan

tipe ini biasanya menggunakan lantai seksi uji yang dapat bergerak sesuai kecepatan

jet untuk menghilangkan pengaruh lapisan batas (boundary layer) lantai.

2.1.1 Jalur Rangkaian Terowongan Angin

Terowongan Angin mempunyai dua jenis jalur rangkaian dalam aplikasinya,

yang pertama yaitu dengan rangkaian terbuka (Open Circuit Tunnel) dan yang kedua

yaitu dengan rangkaian tertutup (Close Circuit Tunnel). Namun untuk yang dibahas

oleh penulis untuk Terowongan Angin Rangkaian Terbuka.

Terowongan Angin ini disebut tipe terbuka atau Open Circuit Tunnel karena

pada sisi inlet dan outlet bersinggungan langsung dengan atmosfer [1]. Untuk alliran

udaranya sendiri akan digerakan oleh axial fan yang diletakan dibagian belakang

Terowongan Angin. Terdapat 4 bagian utama dari Terowongan Angin rangkaian

terbuka ini, yaitu Construction (Nozzle), Setling Chamber, Test Chamber (tempat uji)

dan Difuser .

4


7/19

Gambar 2.1 : Jalur Terowongan Angin Rangkaian Terbuka.[3]

2.1.2 Bagian – bagian Terowonga Angin Rangkaian Terbuka

Terdapat 4 bagian utama pada Terowongan Angin , yaitu Construction

(Nozzle), Settling Chamber, Test Chamber, dan Diffusers. Berikut fungsi dari masing

masing bagian :

a. Construction (Nozzle)

Construction marupakan bagian terpenting dalam mendesain Terowongan

Angin, aliran yang dihasilkannya sangat berpengaruh pada kualitas aliran di test

chamber. Dengan bentuknya seperti gambar 2.2 , bertujuan untuk meningkatkan

kecepatan aliran dan mengurangi aliran turbulen sebelum masuk ke test chamber.[2]

Gambar 2.2 : Wind Tunnel Construction [2]

5


8/19

b. Settling chamber

Settling chamber merupakan bagian dari Terowongan Angin rangkaian terbuka

yang diletakan diawal rangkaian. Ketika membutuhkan aliran udara yang berkualitas

tinggi, sesuatu alat harus dipasang untuk meningkatkan aliran yang seragam dan

mengurangi tingkat turbulen dalam aliran sebelum memasuki bagian construction.

Komponen yang dipasang dibagian settling chamber yaitu biasa disebut

Honneycombs. Honeycombs ini dipasang akan mengurangi pressure dan keceparan

yang masuk, karena hanya berbentuk screen yang berfungsi sebagai penyearah aliran.

[2]

Gambar 2.3 : Settling Chamber [2]

c. Test Chamber

Test Chamber merupakan tempat pengujian suatu permodelan yang telah

dibuat. Aliran udara yang masuk kedalam test chamber ini sangat sekali dibutuhkan

tingkat turbulen yang sangat rendah, semakin rendah maka akan semakin bagus dan

akurat untuk hasil simulasi dari test yang dilakukan. Ukuran untuk test chamber ini

tergantung kepada permodelan yang akan disimulasikan Terowongan Angin. [2]

6


9/19

Gambar 2.4 : Test Chamber [2]

d. Diffusers

Fungsi utama dari Diffuser yaitu untu memulihkan tekanan stastis dalam

rangka meningkatkan efisiensi dan menutup dari aliran sirkuit. Letak dari diffuser ini

berada di setelah test chamber. Bagian akhir dari diffuser akan diletakan axial fan. [2]

Gambar 2.5 : Diffuser [2]

7


10/19

2.1.3 Kelebihan dan Kekurangan Pada Terowongan Angin

Terowongan angin tipe rangkaian terbuka seperti ini juga mempunyai

kelebihan dan kekurangan.

Kelebihan:

a. Biaya konstruksi relative rendah.

b.

Terowongan Angin dapat diletakan didalam ruangan.

Kerugian:

a. Angin dan suhu (cuaca) yang terdapat dilingkungan dapat mempengaruhi

operasi dari wind tunnel.

b. Secara Umum lebih berisik saat beroprasi.

2.2 Pengertian Umum CFD (Computational Dynamics Fluid )

Dinamika fluida komputasi, biasanya disingkat sebagai CFD (Computational

Dynamics Fluid), adalah cabang dari mekanika fluida yang menggunakan metode

numerik dan algoritma untuk memecahkan dan menganalisis masalah yang melibatkan

dari aliran fluida tersebut. Pada analisis ini komputer digunakan untuk melakukan

perhitungan yang diperlukan untuk mensimulasikan interaksi cairan dan gas dengan

permukaan yang didefinisikan oleh kondisi batas, dengan kecepatan tinggi

superkomputer, agar hasil analisis yang lebih baik dapat dicapai. Diberbagai penelitian

yang sedang berlangsung, banyak menghasilkan perangkat lunak yang meningkatkan

akurasi dan kecepatan skenario simulasi yang kompleks seperti mengalir transonik

atau turbulen. Validasi awal dari perangkat lunak tersebut dilakukan menggunakan

terowongan angin dengan validasi akhir datang dalam tes penerbangan.

2.2.1

Langkah Umum CFD

Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas 3 bagian utama, Pre-

processor, Processor dan Post Processor . Berikut penjelasan dari ketiga langkah

umum CFD.

8


11/19

a. Pre-pocessor

Prepocessor adalah tahap dimana data diinput mulai dari pendefinisian domain serta

pendefinisian kondisi batas atau boundary condition. Ditahap ini juga sebuah benda

atau ruangan yang akan dianalisis dibagi-bagi dengan jumlah grid tertentu atau sering

juga disebut dengan meshing. [3]

b. Processor

Tahap selanjutnya adalah processor , pada tahap ini dilakukan proses

penghitungan data-data input dengan persamaan yang terlibat secara iteratif .

Penghitungan dilakukan hingga hasil menuju error terkecil atau hingga mencapai nilai

yang mendekati keadaan sesungguhnya. Penghitungan dilakukan secara menyeluruh

terhadap volume kontrol dengan proses integrasi persamaan diskrit. [3]

c. Post processor

Tahap akhir merupakan tahap post processor di mana hasil perhitungan

diinterpretasikan kedalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola warna tertentu.

[3]

2.2.2 Pre-Processing

a. Modeling

Modeling adalah penggambaran sebuah objek (berupa 3 dimensi atau 2

dimensi), yang akan digunakan objek yang akan dilakukan simulasi

b. Meshing

Meshing ini bertujuan untuk memberikan permukaan solid pada objek (2D/3D)

yang tersusun atas partikel (mesh) kecil yang memiiki karakteristik (massa, density

dan lain – lain). Tidak semua bentuk memiliki hasil meshing yang bagus ( smooth),

terkadang ada beberapa bagian yang berlubang atau menonjol, ini bisa disebabkan oleh

permukaan (surface) yang kurng baik, untuk permukaan yang datar/kotak – kotak

dapat menggunakan mesh persegi, untuk permukaan yang melengkug atau

bergelombang dapat menggunakan mesh tetra.

9


12/19

c. Boundary Layer

Pengaruh gesekan akan menimbulkan lapisan batas dan akhirnya disebut

dengan boundary layer (lapisan batas). Boundary layer (lapisan batas) adalah suatu

lapisan yang terbentuk disekitar penampang yang dilalui oleh fluida tersebut, karena

mengalami hambatan yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti faktor gesekan,

dan efek- efek viskos.

2.2.3 Processing

Tahap ini dilakukan proses perhitungan data data input dengan persamaan yang

terlibat secara iterative, artinya perhitungan dilakukan dilaksanakan hingga hasil

menuju eror terkecil atau hingga mencapai nilai yang konvergen. Perhitungan

dilakukan secara menyeluruh terhadap volume kontrol dengan proses integrase

persamaan diskrit. Berikut adalah persamaan yang akan digunakan dalam

menggunakan CFD Fluent. [4]

Gambar 2.6 : Persamaan yang digunakan pada CFD Fluent.[4]

Adapun rumus bernauli yang digunakan pada proses simulasi yaitu:

Rumus untuk mencari faktor gesekan salah satunya adanya bilangan Reynold

dicari terlebih dahulu dengan menggunakan rumus [5]:

10


13/19

Dengan :

Re = Reynolds number, dimensionless.

= Liquid density, lb/ft^3

V = Liquid flow velocity

= pipe inside diameter, (Diameter hidrolik)

= liquid viscosity, lb/ft-sec, or

= centipoise devided by 1488, or

= (centistokes times specific grafity)

Devided by 1488.

2.2.4 Post Processor

Post-processor adalah tahap dimana penyajian dali hasil simulasi yang

dilakukan, yang dapat ditampilkan berupa grafik dan juga gambar – gambar yang

mewakilkan sifat airan yang terjadi pada simulasi.

11


14/19

BAB III

METODE

3.1 Langkah-Langkah Pengerjaan

Adapun langkah-langkah yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Studi literatur

2. Konsultasi dengan dosen pemimbing

3. Penentuan Spesifikasi dan diskusi dengan pihak perancang

4. Pengolahan data dan melakukan simulasi

5.

Penyempurnaan6. Pembuatan laporan

3.2 Deskripsi Kerja

Tugas Akhir ini merupakan analisa yang dilakukan pada Terowongan Angin

dengan cara melakukan simulasi pada software (CFD), membandingkan dan saling

melengkapi sebagai upaya perancangan Terowongan Angin rangkaian terbuka untuk

skala Lab, dengan Axial Fan yang sudah di tentukan. Dan diharapkan hasil yang akandicapai maksimal untuk aliran yang masuk kedalam sesi uji (test chamber).

12


15/19

3.3 Langkah Pengerjaan

NO

Pengolahan & Analisis

Data

Kesimpulan

Selesai

Simulasi

Mengumpulkan Data

Desain & Permodelan

Mulai

Input data untuk

simulasi

13


16/19

A. Pengumpulan Data

Pengumpulan data dilakukan dengan cara searching di internet, mencari

jurnal – jurnal dan buku referansi tentang Terowongan angin, terutama skala kecil,

yang dapat mendukung dan membantu dalam penyusunan tugas akhir.

B. Desain dan permodelan

Tahap ini akan dilakukan desain yang sudah dirancang oleh pihak perancang.

Permodelanyang akan dibuat mengikuti apa yang telah dirancang.

C. Input Data untuk Simulasi

Data – data yanag akan dimasukan kedalam software untuk melakukan

simulasi, merupakan input data yang telah disepakati dan diberikan oleh pihak

perancang, berupa keceepatan, tekanan, dan lain – lain.

D.

Simulasi

Proses yang dilakukan pada tahap simulasi ini yaitu, melakukan running pada

aplikasi yang digunakan dan melakukan pengaturan untuk mendapatkan hasil yang

diinginkan.

E.

Pengolahan dan Analisis Data

Output yang keluar setelah melakukan running pada simulasi, akan di susun

dengan rapih. Membandingkan hasil yang keluar dari berbagai macam bentuk

Terowongan Angin yang telah didesain, sehingga dapat menentukan desain mana

yang paling baik yang akan digunakan.

F. Kesimpulan

Data yang telah diolah dan disusun dengan rapih, akan diberikan kesimpulan

yang berisi pernyataan mengenai hasil Analisa menggunakan CFD tentang

mendesain Terowongan Angin.

14


17/19

Tabel 3.1 Jadwal Rencana Kerja

No Kegiatan

Febuari Maret April Mei Juni

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1. Studi Literatur

2.

Konsultasi

dengan dosen

pembimbing

3.

Penentuan

Spesifikasi dan

diskusi dengan

pihak perancang

4.

Pengolahan

Data dan

melakukan

simulasi

5. Penyempurnaan

6.

Pembuatan

Laporan

15


18/19

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Adnin Bin Mat Bahari, Muhammad, Design Construction, and Testing of an

Open Loop Low-Speed Wind Tunnel, A Report of Bachelor of Mechanical

Engineering, Faculty of Mechanical Engineering University Malaysia Pahang,

2012.

[2]. Miguel A. González Hernández(1), Ana I. Moreno López(1), Artur A.

Jarzabek(1), José M. Perales Perales(1), Yuliang Wu(2) and Sun Xiaoxiao(2),

Design Methodology for Quick and Low-Cost Wind Tunnel, (1) Polytechnic

University of Madrid, Spain and (2) Beijing Institute of Technology, China,

2013.

[3].

J. B. Barlow, W. H. Rae, Jr, A. Pope-Low Speed Wind Tunnel Testing. 1-John

Wiley & Sons (1999)

[4]. Fluid mechanics : fundamentals and applications / Yunus A. Çengel, John M.

Cimbala.—1st ed. p. cm.—(McGraw-Hill series in mechanical engineering),

2006.

[5]. API Recommended Practice 14E (RP 14E), 5th Edition, 1 Oktober. 1991

16


19/19

LAMPIRAN

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Biodata Diri


Jenis kelamin : Laki-laki

Tempat tanggal lahir : Jakarta, 15 Mei 1993

Status : Single

Kebangsaan : Indonesia

No. Kontak : 0812-8891-9501

Pendidikan

2015 – sekarang : Program Sarjana Teknik Mesin, Universitas Pancasila.

2011 – 2014 : D3 Teknik Mesin, Politeknik Negeri Jakarta.

Pengalaman Kerja

1. PT. Pustek E&T

September 2014 – sekarang

Jr. Mechanica Engineering & Drafter

17

Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin

Documents

Transcript of Proposal Tugas Akhir Terowongan Angin