JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014

SIDANG TUGAS AKHIRLABORATORIUM MEKANIKA DAN MESIN-MESIN FLUIDA

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH FREKUENSI VORTEX SHEDDING DAN BILANGAN STROUHAL TERHADAP ALIRAN di BELAKANG SILINDER

SIRKULAR YANG DIGANGGU SILINDER TERIRIS TIPE-D DENGAN HOT WIRE ANEMOMETER SEBAGAI ALAT UKUR

“ Studi Kasus Untuk Jarak S/D = 0,6 – 1,375 “

Oleh :Hanggar Sangra ANRP. 2109100125

Dosen Pembimbing :Prof. Dr. Ir. Triyogi Yuwono, DEA

2

LATAR BELAKANG

• Bilangan StrouhalBilangan tak berdimensiyang menjelaskan tentangmekanisme dari osilasi aliran

• St = fs.D/U

keterangan :Fs :frekuensi vortex sheddingD : diameter silinder sirkularU : kecepatan rata-rata fluida

3

Penelitian TerdahuluTRIYOGI ET AL (2009)

Menggunakan silinder sirkular utama yang disusun tandem dengansilinder pengganggu tipe-I ( dengan variasi sudut iris silinderpengganggu dari 00 – 650 ) pada bilangan Reynolds 5,3 x 104

HASIL YANG DIPEROLEH :

Efektif Tipe - I θs = 650 FD turun 52 %

4

Penelitian TerdahuluDAPOT (2010)

Menggunakan silinder sirkular utama yang disusun tandem dengan silinderpengganggu sirkular dan tipe-D (dengan θs = 650) pada bilangan Reynolds 5,3 x104 dengan variasi jarak S/D = 0,6 – 1,5

θs = 00 CDT turun menjadi 0,69

HASIL YANG DIPEROLEH :

Efektif S/D = 1,375 θs = 650 CDT turun menjadi 0,57

5

Penelitian TerdahuluDAHLIA (2010)

Menggunakan silinder sirkular utama yang disusun tandem dengan silinderpengganggu sirkular dan tipe-D (dengan θs = 650) pada bilangan Reynolds 5,3 x104 dengan variasi jarak S/D = 1,6 – 2,5

HASIL YANG DIPEROLEH :

Efektif θs = 650 S/D semakin besar CDT semakin naik

6

Penelitian TerdahuluTSUTSUI DAN IGARASHI (2002)

Menggunakan silinder sirkular utama yang disusun tandem dengan silindersirkular sebagai pengganggu dengan memvariasikan L/D, d/D, dan hargabilangan Reynolds pada rentang 1,5 x 104 – 6,2 x 104

7

Penelitian TerdahuluTSUTSUI DAN IGARASHI (2002)

HASIL PENELITIAN TSUTSUI DAN IGARASHI (2002)

Peningkatan bilangan Strouhal danpenurunan CD disebabkan oleh :

• Peningkatan bilangan Reynolds• Peningkatan d/D• Penurunan L/D

8

Penelitian TerdahuluRizal (2010)

Menggunakan silinder sirkular utama yang disusun tandem denganpengganggu silinder sirkular dan silinder tipe-I (θs = 650) pada bilanganReynolds 5,3 x 104 dengan variasi jarak S/D = 0,55 – 3,0

9

Penelitian TerdahuluRizal (2010)

Hasil penelitian RIZAL ( 2010 ) :

Silinder dengan pengganggu silinder tipe-I

• Variasi jarak S/D dansilinder penggangguberpengaruh positifterhadap kenaikan St

• Pengganggu palingefektif adalah silidertipe-I pada jarakS/D=1,375 dengan Stsebesar 0,254

10

Perumusan Masalah

FENOMENA SEPARASI

Silinder PenggangguSilinder sirkular utama → Boundary layer terganggu → Titik separasi mundur kebelakang → Daerah wake menyempit dan CD turun

HIPOTESA AWAL

1. Silinder sirkular utama yang disusun tandem dengan silinder teriris tipe-D650 sebagai pengganggu efektif dalam mengganggu silinder utama.

2. Frekuensi vortex shedding membesar → daerah wake dibelakang silinderutama mengecil.

3. Variasi jarak S/D berpengaruh terhadap besarnya frekuensi vortex shedding.

11

Tujuan Penelitian

1. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perubahanfs dan St terhadap daerah wake aliran yang melintasi silinder utamayang diberi pengganggu berupa silinder teriris tipe-D 650 yang disusuntandem.

2. Penelitian ini dilakukan dengan cara membandingan perubahan Cp disepanjang keliling silinder utama dengan frekuensi vortex shedding (fs )dan bilangan Strouhal ( St ) yang terjadi di belakang silinder sirkularutama pada saat sebelum dan sesudah diberi pengganggu silinder tipe-D.

12

Batasan Masalah

Pembuatan HWA dititik beratkan pada performa alat ukur

Fluida yang digunakan adalah udara dengan kondisi steady,incompressible, dan uniform pada sisi upstream

Analisa aliran dua dimensi

Kecepatan fluida di dalam open circuit subsonic wind tunnel dianggapkonstan dengan bilangan Reynolds sebesar 5,3 x 104

13

Skema Pengambilan Data

• Bilangan Reynolds = 5,3x104

• Variasi jarak antar pusat silinder (S/D) = 0,6-1,375

)D

S(fPC

)D

s(f

Dp0C

DpC

)D

S(ftS

)D

S(fProfileVelocity

14

Peralatan Penelitian

Wind tunnel

15

Peralatan Penelitian

Hot Wire Anemometer DAQPRO

Manometer Pitot Static Tube

16

Peralatan Penelitian

L

D

d

L

SILINDER SIRKULAR

UTAMA

SILINDER SIRKULAR TERIRIS TIPE-D

• Diameter silinder sirkular ( D ) = 60 mm

• Diameter silinder tipe-D ( d ) = 7,5 mm

• Panjang silinder ( L ) = 600 mm

• Bilangan Reynolds = 5,3x104

• Variasi jarak antar pusat silinder (S/D) = 0,6-1,375

17

Kalibrasi Hot Wire Anemometer

Grafik kalibrasi HWA vs Manometer

Persamaan respon Simple Power Law

E2 = 2,22 + 0,802.U0,5 ; dimana Error = 0,186%

18

Hasil Penelitian

Sinyal tegangan fungsi waktu dengan pengganggu pada S/D=0,6

Sinyal frekuensi dengan pengganggu pada S/D=0,6 dengan software SigView

19

Hasil Penelitian

Grafik distribusi kontur tekanan silinder sirkular dengan pengganggu padajarak S/D=0,6

20

Hasil Penelitian

Grafik profil kecepatan di belakang silinder sirkular dengan pengganggu padajarak S/D=0,6

21

Hasil Penelitian

Grafik bilangan Strouhal fungsi jarak S/D

v

DsftS

x

Grafik perbandingan CDp silinder sirkular dengan penganggu dan CDp silindersirkular tunggal fungsi jarak ( ))

D

s(f

Dp0C

DpC

22

Hasil Penelitian

Grafik distribusi kontur tekanan silinder sirkular gabungan

23

Hasil Penelitian

Grafik profil kecepatan di belakang silinder sirkular gabungan

24

Kesimpulan1. Penggunaan silinder pengganggu tipe-D 650 yang disusun tandem

dengan silinder sirkular utama efektif dalam peningkatan bilanganStrouhal.

2. Penggunaan silinder pengganggu tipe-D 650 yang disusun tandemdengan silinder sirkular utama efektif dalam mengurangi gaya drag.

3. Semakin bertambahnya jarak S/D maka posisi backward separationpada silinder sirkular utama akan lebih mundur kebelakang dandaerah wake dibelakang silinder sirkular utama menyempit.

4. Variasi jarak S/D yang diteliti berpengaruh terhadap peningkatanbilangan Strouhal.

5. Penelitian ini menggunakan bilangan Reynolds sebesar 5,3x104 dand/D = 0,125 , maka didapatkan jarak silinder pengganggu tipe-D 650

dengan silinder sirkular utama yang paling efektif adalah sebesar S/D= 1,375 ditandai dengan bilangan Strouhal tertinggi yaitu sebesar0,43454.

6. Dengan menggunakan bilangan Reynolds sebesar 5,3x104 dan d/D =0,125 , maka didapatkan jarak S/D yang paling efektif mengurangigaya drag pressure yaitu sebesar 1,375 ditandai dengan CDP silindersirkular utama turun menjadi 45,27% ( berkurang 54,73% ).

TERIMA KASIH