totalan rev.docx

7/24/2019 totalan rev.docx

1/24

Proposal Tugas Akhir

Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Bab I

Pendahuluan

I.1 Latar Belakang

Dunia industri selalu berkaitan erat dengan peralatan yang memanfaatkan prinsip-

prinsip mekanika, begitu pula prinsip-prinsip ilmu mekanika fluida. Ilmu mekanika fluida

berperan dalam proses distribusi energi. Supaya distribusi energi ini efisien, tentunya

memerlukan ilmu mekanika fluida untuk mendapatkan hasil yang optimal. Dengan ilmu

mekanika fluida karakteristik aliran energy, yang berupa fluida, dapat diketahui secara

menyeluruh. arakteristik fluida inilah yang berpengaruh pada optimalisasi energy, sehingga

efisiensi penggunaan energi bisa maksimal tanpa ada yang terbuang secara percuma.

!luida tentu memerlukan saluran sebagai sarana untuk mengalir. "arapannya dengan

adanya saluran ini aliran fluida #uga turut optimal. enyataannya kondisi saluran tidak

sepenuhnya bebas hambatan. $dapun hambatan yang berupa bluff bodyyang melintang di

tengah saluran. $danya Bluff body menyebabkan timbulnya interaksi yang berupa normal

stress danshear stress. Tegangan normal ter#adi karena adanya tekanan dari fluida, sedangkan

tegangan geser disebabkan oleh viscousitas fluida. Timbulnya tekanan ini menurunkan

karakteristik fluida dibandingkan sebelum masuk saluran tersebut, sehingga menarik

beberapa ilmu%an untuk mempela#ari hal ini dan mengoptimalkan aliran fluida ini.

&ada penelitian-penelitian sebelumnya banyak 'ariasi bluff body yang telah dilakukan,

misalnya single body maupun double body dengan susunan yang bermacam-macam pula.

&enelitian bluff body yang berupa susunan double bodydengan konfigurasi tandem telah

dilakukan oleh (dra'ko'ich )*+/ $lam, dkk )0112/ dan Daloglu )011. &enelitian ini

dilakukan pada saluran besar, (dra'ko'ich dan $lam menyatakan bah%a pengaruh #arak

antara kedua body terhadap gaya drag, dan perubahan distribusi tekanan serta timbulnya#arak kritis )L/D32 dimana ter#adi kenaikan Dsecara tiba-tiba.

4ntuk saluran kecil, Daloglu )011 menyatakan bah%a pressure dropdalam saluran

kecil untuk konfigurasi body tandem sangat dipengaruhi oleh #arak yang terdapat diantara

tandem body. "asil penelitian ini yang paling utama adalah ditemukannya titik kritis atas

#arak kedua body tandem )!/d ini. $dapun nilai dari titik kritis atas #arak body tandem

dipengaruhi bentuk )geometri dan ukuran )dimensi tetapi tidak dipengaruhi oleh "eynolds

number. Titik kritis ini merupakan #arak antara kedua body yang menghasilkanpressure drop

danfriction coefficient yang paling minim.

*


2/24


Konversi Energi



Dengan diketahuinya salah satu karakteristik aliran fluida pada saluran yang terdapat

bluff body, yaitu gaya-gaya fluida utamanya gaya drag. $danya gaya drag ini akan

menaikkan pressure drop. &enelitian tentang usaha untuk menurunkan gaya-gaya hambat

telah dilakukan oleh Tsutsui 5 Igarashi )0110/ 6ee, dkk )0110, 0117, 5 0118/ dan $lam,

dkk )0119 dengan usaha reduksi yang terdiri dari berbagai macam cara, salah satunya

dengan penambahan disturbance body di depan silinder utama dan pemberian kekasaran

permukaan silinder berupa ulir. &enelitian yang menggunakan disturbance body, dilakukan

oleh 6ee, dkk )0117/ serta Tsutsui 5 Igarashi )0110. "asil dari penelitian ini, 6ee

menyatakan bah%a adanya disturbance bodydi depan silinder utama dapat menurunkan D

dari silinder utama maupun keseluruhan sistem )silinder utama dan Disturbance body. Dari

hasil 'isualisasi penambahan batang pengganggu ini, tampak bah%a silinder utama terletak

didalam area shear layer yang terseparasi dari disturbance bodydan terdapat dua macam

struktur aliran yang berefek pada drag reduction. &enelitian ini #uga menun#ukkan bah%a

ma#imum drag reductionter#adi pada #arak kritis tertentu )Lc. Sedangkan penelitian Tsutsui

5 Igarashi ini, didapatkan hasil yang serupa dengan penelitian 6ee, dkk )0117 dengan

tambahan pendapat yang berupa : adanya pengaruh "eynolds number )"e terhadap turunnya

Dselain pengaruh d/D danL/D. ;eduksi pressure draglebih banyak dipengaruhi oleh"e

dibandingkan d/D danL/D.

&enelitian tentang reduksi gaya hambat yang melintasi dua body silinder dengan

konfigurasi tandem #uga dilakukan oleh $lam, dkk )0119. &ada penelitian ini digunakan dua

silinder sirkular yang tersusun secara tandem dimana di depan kedua silinder tersebut diberi

pengganggu berbentuk plat


3/24


Konversi Energi



Dari beberapa penelitian diatas timbul pemikiran untuk melakukan penelitian mengenai

reduksi gaya hambat pada silinder sirkular yang tersusun secara tandem dengan

menambahkan sebuah body pengganggu yang memiliki permukaan berulir maupun

permukaan halus. &enelitian ini akan mem'ariasikan #arak body pengganggu terhadap

silinder utama. Dari sini akan terlihat bagaimana distribusi tekanannya )p, koefisien drag

)D maupun fenomena yang ter#adi dan disertai 'isualisasi alirannya.

I.2 Perumusan masalah

Sepasang bluff body tandem yang dilalui aliran fluida yang mengaliri di sekelilingnya

akan membentuk suatu boundary layer( Jika momentum aliran tidak mampu mengatasi gaya-

gaya fluida yang timbul dan adverse pressure gradient )$&? membesar, maka boundary

layerakan mengalami pemisahan dari kontur body sehingga ter#adi separasi aliran. Separasi

yang ter#adi menyebabkan terbentuknya suatu daerah yang disebut sebagai $ake. Jika titik

terbentuknya separasi aliran semakin kebelakang, maka $akeakan men#adi lebih kecil dan

memba%a akibat berupa gaya-gaya fluida yang ter#adi #uga semakin kecil.

?aya hambat yang ter#adi pada dua silinder sirkular yang tersusun tandem bergantung

pada besaran rasio #arak antar kedua silinder. 4ntuk mereduksi gaya hambat yang ter#adi

pilihan yang digunakan adalah penambahan disturbance bodyberulir yang berdimensi kecil

di depan silinder sirkular utama. &enelitian-penelitian terdahulu dilakukan pada saluran yang

mempunyai dimensi besar. Dimana pengaruh susunan silinder terhadap pressure drop total

dan koefisien dragtotal tidak dapat diketahui. "al ini memicu pertanyaan berapakah nilai

pressure dropdan koefisien dragtotal dari susunan silinder. @leh karena itu, kami tertarik

untuk mencari kedua nilai itu dengan menggunakan saluran sempit. Dengan digunakannya

saluran sempit pengaruh dinding dan rasio blockage effect tidak dapat dibaikan.

I.3 Maksud dan Tujuan Penelitian

&enelitian ini dimaksudkan untuk men#elaskan fenomena yang ter#adi akibat adanya

body pengganggu pada sepasang silinder sirkular dengan susunan tandem yang berada dalam

saluran sempit berpenampang bu#ur sangkar. >ody pengganggu akan ditempatkan di depan

body utama dengan susunan tandem pada #arak tertentu )L/D 3 *.1/ *.8/ 0.1/ 0.8 supaya

dapat mempengaruhi profil aliran yang akan melalui body utama.

$dapun tu#uan penelitian ini dilakukan yaitu:

*. 4ntuk mengetahui pengaruh penempatan body pengganggu )L/D terhadap reduksi gaya-

gaya fluida yang ter#adi pada silinder sirkular upstreamdan do$nstream.

2


4/24


Konversi Energi



0. 4ntuk mengetahui karakteristik aliran pada saluran sempit berpenampang bu#ur sangkar

yang didalamnya terdapat susunan bluff body.

&enelitian ini #uga mempunyai tu#uan khusus yang ingin dicapai, yaitu:

*. $nalisaPressure Dropyang ter#adi pada masing-masing susunan benda u#i )saluran tanpa

benda u#i, saluran dengan body pengganggu, saluran dengan body single, saluran dengan

body tandem dan saluran dengan susunan body yang men#adi fokus. $nalisa tersebut

digunakan untuk mengetahui kehilangan tekanan akibat saluran )mayor serta kehilangan

tekanan akibatbody utama dan body pengganggu )minor.

0. $nalisa distribusi koefisien tekanan )Ap serta koefisien drag )Ad pada silinder. $nalisa

tersebut untuk mengetahui distribusi tekanan serta dragforce yang ter#adi.

2. $nalisa profil kecepatan di belakang silinder dengan pengukuran tekanan dinamis.

$nalisa tersebut digunakan untuk mengetahui deficit momentumyang ter#adi.

I.4 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini ada beberapa batasan masalah yang ditetapkan, agar penelitian

yang dilakukan bisa lebih terfokus. >atasan masalah tersebut adalah

*. !luida ker#a adalah udara dengan kondisi aliran free streamyang bersifatsteady, dan

incompressible

0. >enda ker#a berupa silinder sirkular dengan body pengganggu berupa silinder sirkular

dengan kondisi permukaan berulir

2. emungkinan ter#adinya efek perpindahan panas diabaikan

7. ;asio gap antara dua silinder sirkular utama yang tersusun secara tandem !/D3 0.1

dengan 'ariasi rasio #arak body pengganggu dengan silinder sirkular upstream L/D3

1.8/ *.1/ *.8/ dan 0.1

8. Diameter silinder sirkular utama D 3 08 mm dan diameter body pengganggu D 3 7 mm

dengan tipe %&grooved(;asio diameter dBD 3 1.*9

I.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan dibagi dalam beberapa bab sebagai berikut

1. Bab I Pendahuluan

>ab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, tu#uan penelitian, batasan masalah dari

penelitian

2. Bab II Tinjauan Pustaka

>ab ini berisikan semua hal yang menun#ang atau dasar teori dari penelitian ini, yaitu

penelitian-penelitian terdahulu yang terkait dan berkaitan dengan penelitian ini

7


5/24


Konversi Energi



3. Bab III Metoda Penelitian

>ab ini akan menerangkan tentang peralatan yang digunakan dalam percobaan, benda u#i

dan metoda yang digunakan dalam penelitian.

4. Bab I !nalisa "asil Penelitian

>ab ini berisi tentang hasil-hasil penelitian dan pengolahan dari data-data yang didapat

kemudian dianalisa lebih lan#ut.

5. Bab Penutu#

>ab ini berisi kesimpulan dari penelitian dan saran yang perlu diberikan

Bab II

8


6/24


Konversi Energi



Tinjauan Pustaka

&enelitian ini dilakukan dengan menggunakan acuan berupa penelitian-penelitian yang

telah dilakukan sebelumnya. &enelitian terdahulu yang akan di#abarkan pada bab ini antara

lain tentang fenomena aliran yang melintasi bluff body tandem pada saluran besar, usaha

reduksi gaya hambat pada silinder sirkular, pengaruh dimensi bluff bodydan salurannya, dan

terakhir penelitian bluff bodypada saluran sempit berpenampang bu#ur sangkar.

II.1 !liran MelintasiBluff bodyTandem Pada Saluran besar

!enomena aliran yang melintasi sepasang bluff bodydengan susunan tandem telah di

teliti oleh (dra'ko'ich )*+9. &ada penelitian ini, didapatkan beberapa karakteristik yangkhas untuk sepasang silinder sirkular tandem, yaitu adanya karakteristik aliran yang berbeda

pada nilai L/D tertentu dan adanya bistable flo$ region pada L/D 3 2.1. Dengan

menggunakan nilaiL/Dyang di u#ikan antara lain pada *CL/DC *./ *.CL/DC 2.7 danL/D

2.7, (dra'ko'ich menyatakan bah%a adanya tiga karakteristik profil aliran. &rofil aliran

yang pertama adalah aliran yang melalui silinder do$nstream tidak mengalami proses

reattachment sehingga vorte# yang ter#adi diakibatkan oleh free shear layer dari silinder

upstream, akibat hal ini seolah-olah silinder do$nstream terbungkus oleh aliran silinder

upstream )*C L/D C *.( &rofil aliran yang kedua adalah free shear layer dari silinder

upstreammengalami proses reattachpada saat menyentuh silinder do$nstream dan vorte#

terbentuk di belakang silinder do$nstream)*.CL/DC2.7. &ada profil aliran yang terakhir,

terbentuk dua vorte# dibelakang silinder sehingga tampak seperti aliran yang melintasi single

silinder )L/D 2.7.

&enelitian yang terbaru tentang sepasang bluff body tandem telah dilakukan oleh $lam,

dkk )0110. &enelitian ini membuktikan temuan yang didapatkan pada penelitian sebelumnya

yang dilakukan oleh (dra'ko'ich )*+9. $lam menemukan padaL/D32.1 terdapat critical

spacing dimana pada saat itu ter#adi bistable flo$(&enelitian $lam ini membahas tentang

drag force, tekanan )time&averaged ) fluctuacting.

9

?ambar 0.*. Skema dua body tandem


7/24


Konversi Energi



4ntuk drag forcehasil yang didapatkan antara lain 4ntuk L/DC 2.1, Dpada silinder

pertama )upstream menurun secara bertahap seiring dengan membesarnya #arak antar kedua

silinder. Tapi sebaliknya, pada D silinder kedua )do$nstream menghasilkan harga yang

negatif )for$ard thrust, dan memiliki hasil tertinggi pada L/D3 *.71. &ercobaan ini #uga

membuktikan bah%a pada L/D 3 2.1 terdapat ritical !pacing* dimana harga kedua D

silinder tampak menghasilkan flo$ patternyang berbeda yaitu reattachment flo$ dan+ump

flo$, kasus ini dikenal sebagai bistable flo$(?rafik untuk time&averaged drag forceada pada

gambar diatas

"asil yang didapat tentang tekanan yang diperoleh adalah time&averagedpressure dan

fluctuacting pressure( 4ntuk time&averaged pressure )Ptampak bah%a time&averaged

pressure distributionpada silinder upstreammemiliki pola yang sama dengan single silinder

%alaupun nilainya berbeda dan pada silinder do$nstream nilainya ber'ariasi tergantung #arak

L/D)dengan catatan padaL/D,-(.* tren yang didapatkan memiliki pola yang sama dengan

single silinder( Sedangkan untuk fluctuacting pressure )Pf, hasil yang di peroleh antara

lain, pada silinder upstreammemiliki pola yang sama dengansinglesilinder, sedangkan padasilinder do$nstream, pola yang ada amat berbeda dibandingkan dengan single silinder

?ambar 0.0. oefisien dra $lam 0112

?ambar 0.2. oefisien tekanan pada upstream dan do%nstream silinder, $lam )0110


8/24


Konversi Energi



ataupun silinder upstream(

II.2 $eduksi drag force #ada !liran %luida &ang Melintasi Silinder Sirkular

Timbulnya drag force pada aliran fluida tentu menimbulkan rugi-rugi. 4ntuk

menurunkan drag forceyang timbul ada beberapa penelitian yang patut untuk dibahas, antara

lain 6ee, dkk )0110, 0117, 5 0118, Tsutsui dan Igarashi )0110 dan $lam, dkk )0110. &ada

penelitian yang di lakukan oleh 6ee )0117 dan Tsutsui 5 Igarashi )0110 adalah usaha untuk

menurunkan drag forcepada single silinder dengan menggunakan silinder pengganggu yang

memiliki dimensi yang lebih kecil dan diletakkan di depan silinder utama dengan susunan

tandem.

&enelitian 6ee )0117 yang mem'ariasikan nilaiL/D dan d/Dmendapatkan hasil yang berupa

turunnya coefficient of drag total dari system. Turunnya nilai D dipengaruhi oleh adanya

silinder pengganggu yang menghasilkan profil aliran yang melingkupi silinder utama. &rofil

aliran ini mengakibatkan turunnya nilai P sehingga #uga turun menurunkan nilai D dari

silinder utama dan sistem secara total. $dapun hal lain yang bisa kita dapatkan dari penelitian

ini adalah rasio diameter batang penggangggu yang ideal sebagaismall control rod ada pada

d/D 3 1.022 serta peletakkansmall control rodini pada #arakL/D3 0.1 - 0.1. &ercobaan ini

ini #uga membuktikan timbulnya #arak kritis dengan adanya penambahan batang pengganggu

ini. Jarak kritis ini memiliki rumusanLc/D3 *.8 E 1.12d )1.*22 F d/DF 1.022.

Sedangkan pada penelitian Tsutsui dan Igarashi )0110, mereka turut melihat adanya

?ambar 0.7. Skema penempatan silinder pengganggu di depan silinder utama

?ambar 0.8. oefisien drag, 6ee, dkk )0117


9/24


Konversi Energi



pengaruh nilai "eynolds number terhadap turunnya drag force(Tampak bah%a pengaruh"e

signifikan terhadap turunnya pressure drop dan kondisi optimum yang diperoleh untuk

reduksi koefisien drag dan total koefisien drag dengan menggunakan batang pengganggu

yang memiliki rasio diameter d/D3 1.08, rasio #arakL/D3 0.1 untuk"eC 7*111 serta rasio

#arakL/D*.8 untuk"e 7*111. &enurunan nilai Ddan DTadalah 2G dan 92G.

4ntuk pengaruh kekasaran permukaan )profil silinder, 6ee )0111, 0118 turut meneliti

hal ini. &enelitian yang dia lakukan dengan menggunakan 'ariasi pada permukaan

silindernya, yaitu berupa penambahan alur '&grooved dan %&grooved("asil yang di peroleh

antara lain pada"e3 2.9H*12, koefisien drag pada silinder %&groovedtereduksi sebesar .9G

dibandingkan silinder polos dan pada "e maksimal )"e 3 2.9H*1

7

akan meningkatkankoefisien drag sebesar 7.0G. Jadi penerapan silinder berkontur %&grooved hendaknya melihat

nilai"eyang akan digunakan. Sedangkan untuk '&grooved*hasil yang diperoleh adalah pada

angka"e*.7H*18, oefisien drag )D yang ter#adi pada silinder sirkular yang ber-'&grooved

tereduksi sebesar *.9G dibandingkan dengan silinder sirkular halus dan akan terus tereduksi

seiring dengan kenaikan"eynolds number.

;eduksi drag force pada silinder tandem yang berada pada saluran besar telah

dilakukan oleh $lam )0110, disini proses reduksinya menggunakan batang dengan profil T.

+

?ambar 0.9. oefisien drag total, Tsutsui 5 Igarashi )0110

?ambar 0.. oefisien drag pada silinder dengan %&grooved ) '&rooved, 6ee, dkk )011


10/24


Konversi Energi



&enambahan batang-T pada dua silinder sirkular tandem mendapatkan hasil yang berupa

grafik dari perubahan nilai Ddan Df. $danya batang-T ini mampu menurunkan nilai Time&

averaged drag coefficientdari silinder upstream, dengan penurunan yang paling optimal ada

pada #arak T/D3 *.1 - *.8, hal ini berlaku pula untuk sebuah silinder sa#a. "al sebaliknya

ter#adi pada silinder do%nstream, nilai Dmengalami kenaikan secara keseluruhan berada di

atas D Do%nstream tanpa alat control ini. Turunnya nilai D pada silinder upstream

disebabkan oleh ter#adinya penurunan tekanan permukaan pada silinder upstream, hal ini

berlaku pula untuk silinder do%nstream.

II.3 Pengaruh dimensi bluff body dan saluran 'blockage effect( terhada# )oe*isien

hambatan *luida

$liran fluida tentu membutuhkan media sebagai saluran untuk proses mengalirnya.

Dengan adanya saluran ini, tentu fluida lebih mudah untuk diarahkan la#u alirannya %alau

pengunaan saluran #uga memba%a efek terhadap karakteristik fluida tersebut. Salah satunya

koefisien hambatan fluida yang men#adi lebih tinggi dibandingkan tanpa saluran.

*1

?ambar 0.. Skema penempatan &lat-T pada body tandem dan oefisien

drag pada silinder upstream )a dan do%nstream )b, $lam)0119


11/24


Konversi Energi



Dengan tidak melupakan dimensi benda yang akan diu#ikan )bluff body yang #uga

memba%a pengaruh terhadap aliran fluida, maka =eidman )*+9 dan >ell )*+2 telah

meneliti pengaruh rasio dimensi bluff bodydengan luasan saluran terhadap kecepatan fluida

dan koefisien hambatan yang ter#adi. &engaruh ini kita kenal sebagai blockage effect. $danya

blockage effectini men#adikan kecepatanfree stream lebih cepat )pada titik dimana blockage

effectmaksimum daripada kecepatan real-nya karena adanya penyempitan area yang dapatdilalui fluida. Dari penelitian >ell dan =eidman, mereka #uga turut menampilkan hasil

penelitian dari $llen dan incenti yang melakukan koreksi terhadap kecepatan yang

didapatkan. ;umusan $llen dan incenti tentang koreksi kecepatan free stream beserta

koreksi koefisien hambatan fluida ini didapatkan dari penelitian =eidman )*+9 serta grafik

koreksi koefisien hambatan diperoleh dari penelitian >ell )*+2

4ntuk memper#elas rumusan di atas, berikut adalah hasil perhitunan koreksi )D atas

beberapa diameter silinder yang digunakan dan blockage ratioyang didapatkan

**

?ambar 0.+. ?rafik koreksi koefisien drag, >ell )*+7

Tabel *. koreksi koefisien drag, =eidman )*+9


12/24


Konversi Energi



II.4 !liran %luida &ang Melintasi Silinder Tandem &ang Berada #ada Saluran Sem#it

ber#enam#ang Bujur Sangkar

Dengan fokus utama penelitian yang akan dilakukan pada saluran sempit, didapatkan

sebuah referensi dari penelitian Daloglu )011. &enelitan ini menggunakan dua silinder

tandem yang di letakkan pada saluran sempit berpenampang bu#ur sangkar. Dengan susunan

percobaan sebagai berikut.

&ercobaan yang dilakukan oleh Daloglu ini menghasilkan grafik pressure drop yang

tampak pada gambar diba%ah. Dari grafik tersebut, kita dapat melihat bah%a pengaruh

besarnya #arak !/D )#arak kedua silinder, Diameter silinder, bentuk silinder dan "eynolds

numberterhadappressure drop. Tampak pada kondisi"eynolds number yang sama,pressure

drop terendah terdapat pada penggunaan silinder dengan diameterD3 *0.8mm. &ada silinder

berdiameter *0.8mm ini menghasilkan bentuk grafik pressure drop yang ekstreem, dimanapada !/DF 0 nilaipressure drop turun )pada * C !/DC*.8 yang kemudian ter#adi kenaikan

secara bertahap, sedangkan pada !/D 0 terdapat kenaikan pressure drop yang signifikan

yang kemudian men#adi konstan.

&olapressure drop ini hanya tampak pada penggunaan silinder dengan diameter D 3

*0.8mm danD3 08mm, %alaupun padaD3 08mm perubahan tidak terlalu nampak secara

ekstreem. Sedangkan untuk silinder dengan diameter D 3 2.8mm, grafik pressure drop

*0

?ambar 0.*1. Skema penempatan dua silinder tandem pada saluran sempit,Daloglu )011

?ambar 0.**. &enurunan tekanan ada an di eroleh dari enelitian Dalo lu )011


13/24


Konversi Energi



hampir membentuk garis linier dengan nilai yang paling besar untuk "eynolds numberyang

sama, hal ini menun#ukkan bah%a pengaruh diding B %all cukup besar. $dapun pengaruh

"eynolds number adalah kenaikan nilai "eynolds number #uga disertai dengan kenaikan

pressure drop(

II.5Penelitian tentang #ro*il ke+e#atan #ada saluran sem#it 'saluran #er#i#aan(

&enelitian tentang profil kecepatan pada saluran perpipaan tersebut dilakukan oleh

Danbon dan Solliec )0110.&enelitian tersebut dilakukan pada test section dengan diameter

)D 3 1.2m.Butterfly valvesebagai pengatur aliran diletakkan dalam test sectionpada posisi

tertentu. &enelitian tersebut menghasilkan profil kecepatan untuk saluran perpipaan yang

didalamnya terdapat butterfly valveyang terbuka penuh )K 3 1L dan membentuk sudut )K 3

*1L yang dipasang pada posisi tertentu

Dari gambar 0.*0 tampak bah%a hasil yang diperoleh dapat dilihat pada kondisibutterfly valve terbuka penuh )K 3 1L maka profil kecepatan akan stabil pada#/D3 +

Dari gambar 0.*2 hasil yang diperoleh untuk saluran dengan butterfly valve yang

membentuk sudut )K 3 *1L maka profil kecepatan akan stabil pada#/D 3 **. 4ntuk#/D C

** terlihat masih adanya $ake yang semakin lama semakin menghilang.

B!B III

*2

?ambar 0.*0. "asil penelitian Danbon untuk butterfly valve dengan K 3 1L

?ambar 0.*2. "asil enelitian Danbon untuk butter l valve den an K 3 *1L


14/24


Konversi Energi



M,T--L-/I P,0,LITI!0

III.1 Skema Penelitian

>erikut adalah skema dari penelitian yang akan dilakukan. Dari gambar 2.*

ditun#ukkan letak benda u#i yang disusun secara tandem dengan pengganggu di bagian depan.

?ambar 2.* Instalasi penelitian

III.2 Parameter &ang iukur

$nalisa dimensi sangat diperlukan untuk mengetahui apakah suatu parameter

berpengaruh terhadap suatu penelitian atau tidak. &ada penelitian ini, parameter-parameter

yang mempengaruhi karakteristik aliran adalah massa #enis fluida ), 'iskositas fluida ),

kecepatan fluida )'0, diameter silinder )D, #arak silinder dengan pengganggu )s, serta #arak

antar silinder )l.

!nalisa /ru# tak berdimensi untuk )oe*isien Tekanan #ada Silinder

Distribusi tekanan pada silinder diduga dipengaruhi oleh beberapa parameter,

sehingga perbedaan tekanan dapat dituliskan sebagai fungsi parameter parameter

tersebut. Secara matematik dapat dituliskan sebagai berikut :

p = f(,,U,L,Dh ,D,d,S)

dimana :

P 3 perbedaan tekanan )NBm0

MenggunakanBuckingham 1 theoremadengan parameter berulang , dan

D, diperoleh grup tak berdimensi yaitu :

*. 1230

'

p

)koefisien tekanan

0. 143

UDh )bilangan"eynolds

2. 1-3

d

Dh )perbandingan diameter pengganggu dengan diameter saluran

*7


15/24


Konversi Energi



7. 153

D

Dh )perbandingan diameter silinder utama dengan diameter

saluran

8. 163

L

D )perbandingan #arak pengganggu dengan silinder utama

9. 173

S

D )perbandingan #arak antar silinder utama yang tersusun tandem

"ubungan antar grup tak berdimensi adalah sebagai berikut :

123 f2814* 1-* 15* 16*179

0

'

p

3f6 )

UDh ,

d

Dh ,

D

Dh ,

L

D ,

S

D

&ada penelitian yang men#adi 'ariable tetap adalah

UDh ,

S

D ,

d

Dh ,

D

Dh sehingga

0

'

p

3f7)

L

D atau

Ap3f7)

L

D

!nalisa /ru# tak berdimensi untuk )oe*isien Tekanan #ada Saluran

Distribusi tekanan pada silinder diduga dipengaruhi oleh beberapa parameter,



.,,,,,,,) !dDDL'fp h=

dimana :

P 3 perbedaan tekanan )NBm0

MenggunakanBuckingham 1 theoremadengan parameter berulang , dan

hD , diperoleh grup tak berdimensi yaitu :

2( 1230

'

p

)koefisien tekanan

4( 143


-( 1-3

d


*8


16/24


Konversi Energi



5( 153

D

Dh )perbandingan diameter silinder utama dengan diameter

saluran

6( 163

L

Dh )perbandingan #arak pengganggu dengan silinder utama

7( 173

S

Dh )perbandingan #arak antar silinder utama yang tersusun tandem


123 f2814* 1-* 15* 16*179

0

'

p

3f6 )

U

D

h ,D

d

, hD

D

, D

L

, hD

!

&ada penelitian yang men#adi 'ariable tetap adalah

UDh , D

L

,D

d

,

D

Dh

sehingga :

0

'

p

3f7) hD

!

, atau

Ap3f7) hD

!

!nalisa /ru# tak berdimensi untuk )oe*isien rag#ada Silinder

oefisien drag pada silinder diduga dipengaruhi oleh beberapa parameter,



Fd= f(,,U,L,D,Dh ,S)

dimana :

:d 3 ?aya drag )N

MenggunakanBuckingham 1&theoremadengan parameter berulang , %dan

D, diperoleh grup tak berdimensi yaitu :

*. 123

Fd

U2D

2

)koefisien drag

0. 143


2. 1-3

d


*9


17/24


Konversi Energi



7. 153 hD

D

)perbandingan diameter silinder utama dengan diameter

saluran

8. 163 DL

)perbandingan #arak pengganggu dengan silinder utama

9. 173 D

!

)perbandingan #arak antar silinder utama yang tersusun tandem


123 f2814* 1-* 15* 16*179

00D'

:d

3f6 ) hD'

, hD

d

, hD

D

,D

L

,D

!

&ada penelitian yang men#adi 'ariabel tetap adalah hD'

, hD

d

, hD

D

,D

!

sehingga :

==

D

Lff

D'

:d900

, atau

=

D

LfD 9

III.3 Peralatan

III.3.1 Benda ji

1. Silinder sirkuler

Diameter 3 08 mm

&an#ang 3 *08 mm

&ressure tap 3 0 lubang )1L dan *1L

>ahan 3 &ipa &A

*


18/24


Konversi Energi



?ambar 2.0 silinder sirkuler

2. Disturbance Body

Tipe 3 4lir )matrice M7

&an#ang 3 *81 mm

Diameter 3 7 mm

&itch 3 1.2 mm

?ambar 2.2 pengganggu polos dan berulir

III.3.2 Wind Tunnel 'Teroongan angin(

&ercobaan dengan menggunakan $ind tunnel ini dimaksudkan untuk dapat mengu#i

benda dalam skala model. "al ini disebabkan pengukuran sebenarnya yang cukup sulit danmembutuhkan biaya yang tidak sedikit. @leh sebab itu, dibuatlah $ind tunnel dengan

pembuatan kondisikondisi yang mendekati kenyataan, sehingga hasilnyapun cukup akurat

dan memadai.

;ind tunnelyang digunakan dalam percobaan ini adalah $ind tunnel#enis open circuit

$ind tunnel, dimana udara yang dialirkan dalam $ind tunnellangsung bebas dilepas ke udara

bebas setelah melalui $ork section( ;ind tunnel ini bisa digolongkan sebagai $ind tunnel

subsonic

Spesifikasi ;ind Tunnel :

*


19/24


Konversi Energi



Jenis :subsonic* open circuit $ind tunnel

>entuk saluran u#i : penampang bu#ur sangkar

&an#ang : *11 mm

Tinggi : *08 mm

6ebar : *08 mm

?ambar 2.7 skema $ind tunnel

?ambar 2.8 Test Section

III.3.3 !lat kur

*+


20/24


Konversi Energi



4ntuk mendapatkan tekanan statis dan tekanan stagnasi, pada eksperimental ini

menggunakan $all&pressure tap* pitot static tubedan tranducer tekanan berikut data auisisi.

A( ;all&pressure tap

;all&pressure tapyaitu lubang lubang kecil berdiameter * mm yang terhubung pada

manometer atau tranducer tekanan serta dipasang sepan#ang kontur permukaan benda

u#i maupun saluran $ind tunnel yang searah aliran dan tegak lurus terhadap

permukaan.

B( Pitot Tube

$lat ini berfungsi untuk mengukur besarnya tekanan statis sekaligus tekanan stagnasi

aliran di antara dan di belakang benda u#i.

A. TransducerTekanan dan Data $uisisi

Transducer tekanan dan data auisisi yang digunakan dalam percobaan ini dapat

dilihat pada gambar 2.

III.4 )alibrasi Tranduser Tekanan dan ata !uisisi

III.4.1. !lat &ang digunakan

&eralatan yang dipergunakan pada proses kalibrasi: - Inclined Manometer )K 3 *8L

- &ressure Tranduser @mega &O-988

01

?ambar 2.9 &itot Tube

?ambar 2. Data $uisisi dan transducer


21/24


Konversi Energi



- Data $kuisisi @mega D$P&;@-8211

- &itot Static Tube

III.4.2 Langkah langkah kalibrasi

*. &emasangan instalasi untuk keadaan free stream tanpa benda u#i

0. &itot static tube dipasang pada dinding yang tersambung pada manometer serta tranduscer2. &engaturan bukaan pada damper dengan bukaan B )penuh sampai *B pada tiap

penyalaan %ind tunnel

7. Diambil data manometer dan pressure tranduser untuk pembacaan yang didapatkan

8. Dari manometer didapatkan Qh dan dari data auisisi didapatkan arus.

9. Data-data tersebut dibuatkan grafik Qh )m 's arus )m$mpere sehingga diketahui pula

hubungannya dengan sebuah formula.

. Tahapan kalibrasi ini dilakukan setiap pengambilan data untuk men#amin ketepatan

pembacaan.

?rafik 2.+ grafik kalibrasi hubungan Qh dengan arus

III.5 Prosedur Pengambilan ata

*. &erencanaan peralatan yang akan digunakan untuk eksperimental.

0. &engukuran kondisi udara di ruangan saat pengu#ian )temperatur, dan tekanan.

0*

?ambar 2. Susunan alat dalam proses kalibrasi


22/24


Konversi Energi



2. &emasangan benda u#i pada saluran, yaitu dua silinder sirkular dengan D 3 08mm dengan

#arak !/D3 0.1 beserta batang pengganggu dengan d 3 7 mm yang di letakkan pada #arak

L/D3 *.1, *.8, 0.1 dan 0.8 di depan silinder upstream

7. Mengukur kese#a#aran silinder dan dinding dengan $ater pass(

8. Menghidupkan $ind tunneldan mengatur kecepatan hingga sesuai dengan konfigurasi

);e 3 **9.111 sampai kondisisteady.

9. &engukuran tekanan yang ter#adi padapressure tap inletdan outlet dengan menggunakan

tranducertekanan serta data akusisinya untuk mencaripressure drop yang ter#adi.

. &engukuran tekanan pada pressure tap yang terdapat di permukaan silinder, dan

pengukuran profil kecepatan di belakang susunan silinder dengan menggunakan pitot

tube yang dihubungkan dengan transducertekanan dan data akuisisi.

. &engaturan khusus untuk data pressure drop yaitu 'ariasi ;e 3 80*11, 211, +1011,

**9111, *0111, *7111, dan *89111 yang sesuai dengan penelitian Daloglu.

III.6 "asil Per+obaan

a. Data hasil pengukuran :

*. &erbedaan tekanan pada saluran sisi inlet dan outlet

0. Distribusi tekanan pada tiap silinder

b. Data hasil perhitungan :

*. &enurunan tekanan dari adanya susunan bluff body)


23/24


Konversi Energi



III.8 9adal #elaksanaan #enelitian

$dapun pelaksanaan penelitian ini akan mengikuti #ad%al seperti gambar di ba%ah

02


24/24


Konversi Energi

a*tar Pustaka

2( $lam, M.M., Sakamoto, "., Moriya, M., 5 Takai, ., :luctuating fluid forces acting on

t$o circular cylinders in a tandem arrangement at a subcritical "eynolds number*

Journal of =ind Rngineering and Industrial $erodynamics, ol.+*, *2+-*87, 0112

4( $lam, M.M., Sakamoto, "., 5 (hou, .,Effect of a T&shaped plate on reducing in fluid

forces on t$o tandem cylinders in a cross&flo$* Journal of =ind Rngineering and

Industrial $erodynamics, ol.+9, 808-88*, 0119

-( >ell, =."., Turbulence vs Drag = some further consideration, @cean Rngineering, ol.*1,

No.*, &&, 7-92, *+2

5( Daloglu, $. Pressure drop in a channel $iht cylinder in tandem arrangement,

International Aomunication in "eat and Mass Transfer, ol.28, 9-2, 011

6( Danbon, !. 5 Solliec, A.,Aerodynamic Tor>ue of a Butterfly valve&?nfluence of an Elbo$

on the time&mean and instantaneous Aerodynamic Tor>ue, Journal of !luid Rngineering,

ol.*00, 22-277, 0111

7( 6ee, S.J., 6ee, S.I., 5 &ark, A.=., "educing the Drag on a circular cylinder by upstream

installation of a small control rod, !luid Dynamic ;esearch, ol.27, 022-081, 0117

@( 6ee, S.J., 6im, ".A., "an, M., 5 6ee, S.S.,:lo$ control of circular cylinder $ith a %&

grooved micro riblet film, !luid Dynamic ;esearch, ol.2, 079-099, 0118

( 6ee, S.J., 5 6im, ".A.,:lo$ control of a ircular cylinder $ith Longitudinal grooved

surface, $I$$ Journal, ol.71, 010-012, 0110

( Tsutsui,T., 5 Igarashi,T., Drag reduction of a circular cylinder in an air&stream, Journal

of =ind Rngineering and Industrial $erodynamics ol.+1, 80-87*, 0110

2.( =eidman, &.D., Tesis: ;ake Transition and Blockage Effect on ylinder base Pressure,

Aalifornia Institute of Technology, &asadena, *+9

22( (dra'ko'ich, M.M., The Effect of interference bet$een circular cylinder in cross flo$,

Journal of fluid and Structure, ol.*, 02+-09*, *+

07

totalan rev.docx

Documents