Abstract

This study aims to determine the pattern of wind flow in the open type wind tunnel and compare actual measurements and simulation results with software. The actual method used is testing using a wind tunnel, anemometer, dimmer, axial suction fan with parameters RPM 615, 1932, 2400,2860, and the simulation used using solidwork flow simulation software with parameters Inlet Velocity 1.4 m/s, 2.6 m /s, 3.9 m/s, 4.2 m/s. From the results of the study, it was found that the velocity of the air flowing through the wind tunnel channel obtained the largest value of 14.05 m/s and the smallest value of 0.5 m/s. has a different speed in each section which is influenced by the shape and dimensions of each section. in each section if the velocity is low the flow pattern is laminar, if the velocity is medium the flow pattern is transitional and if the velocity is high the flow pattern is turbulent. And the results of the comparison of actual and simulated velocity occur in the form of a similar flow pattern

Pendahuluan

Wind tunnel merupakan suatu peralatan berbentuk tabung atau lorong yang digunakan dalam penelitian aerodinamis untuk mempelajari fenomena yang terjadi pada udara bergerak pada kecepatan tertentu yang melewati suatu benda padat solid objects [1] wind tunnel memegang peranan penting dalam kehidupan manusia contohnya desain pesawat terbang dan bodi mobil dengan adanya wind tunnel ini yang fungsinya untuk mensimulasi sebuah kondisi udara terhadap suatu model.[2]

Keberadaaan alat ini sangat dibutuhkan bagi dunia pendidikan tetapi untuk alat ini mempunyai beberapa kendala yaitu dari segi harga yang sangat mahal dan menjadi persoalan dilingkup instansi pendidikan. Pengembangan wind tunnel dengan harga terjangkau dan tetap memenuhi standart yang digunakan, penting untuk di lakukan untuk saat ini. [3]

Pengumpulan data kinerja dari daya kondisi variasi kecepatan angin dalam rentang waktu tertentu dapat dilakukan di windtunnel[4]. Tingkat keakuratan dan konsistensi pengukuran menggunakan windtunnelyang dilakukan dengan berulang ulang bisa dikatakan cukup baik dan tingkat eror yang sangat sedikit [5]. Dalam penelitian ini dilakukan suatu penelitian mengenai Simulasi pola aliran udara menggunkan windtunneltype terbuka dengan testsection40cm x 40cm x 80cm. dimana pada penelitian ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik suatu bentuk pola aliran udara yang berada didalam windtunneldan dilakukan pensimulasian menggunakan softwaresolidworkdengan desain sesuai seperti yang ada di laboratorium teknik mesin umsida. Jadi, fungsi dari penelitian ini untuk mengetahui bentuk pola aliran udara yang ada di dalam wind tunnel yang berguna sebagai bahan pertimbangan sebelum dilakukan pengujian yang akan dilakukan pada alat ini.

Metode Penelitian

Metode yang digunakan pada penelitian ini wind tunnel dengan alat ukur anemometer, kipas hisap aksial, untuk control variable kecepatan RPM menggunkan dimmer dan untuk pensimulasi menggunkan software solidwork 2018 flow simulation dengan metode computational fluid dynamic.

Pada pengujian secara aktual ini dilakukan suatu pengujian pada windtunnelsecara aktual dan tujuan dari pengujian secara aktual ini untuk mengetahui nilai secara real kecepatan udara yang berada di dalam saluran windtunnel, pengujian aktual dilakukan pada setiap section. Dan alat yang digunakan untuk pengujian aliran udara secara actual ini menggunakan anemometeryang pada saat pengujian alat tersebut dimasukkan kedalam saluran windtunnel. Proses pengaturan kontrol variable kecepaan RPM yang digunaka pada kisap hisap aksial menggunakan dimmer 4000 watt , alat yang digunkan untuk mengukur RPM dari kipas hisap aksial dengan menggunkan Tachometer yang ditembakkan ke dalam blade kipas hisap aksial diperoleh hasil pengukuran RPM 615,1932, 2400, 2860.

Setelah diperoleh hasil pengukuran RPM selanjutnya dilakukan pengukuran aliran udara didalam saluran wind tunnel menggunkan alat ukur anemometer. Penemptan alat ukur ini diletakkan pada setiap section yaitu contraction cone, test section, diffuser. Pada contraction cone diletakkan empat titik pada penampang depan kanan dan kiri, penampang belakang kanan dan kiri. Test section diletakkan dua titik pada penampang belakang kanan dan kiri. Diffuserdiletakkan dua titik pada penampang belakang kanan dan kiri. Untuk skema lebih jelasnya terlihat pada skema dibawah ini.

Computational fluid dynamics (CFD) adalah suatu pemrograman computer tentang pergerakan fluida yang dilakukan dengan menggunkanan sebuah perangkat lunak software, program ini juga mempunyai suatu alat yang sangat fleksibel, memiliki tingkat akurasi hampir sempurna dan penggunaan aplikasi yang sangat luas. CFD bisa mengoptimalkan sebuah desain dan membantu para drafter mengenai informasi hasil prediksi kuantitatif yang sangat akurat dan hasil kualitatif juga dapat memunculkan peluang – peluang tak terduga yang bisa terlewatkan parah analisis teknik yang berpengalaman yang ada dari sebuah desain tersebut.[6]

Pemodelan CFD pada umumnya ada tiga langkah yang digunakan yaitu pre-processing, processing, post processing.Pre–procesingyaitu suatu proses awal pembuatan/ perbaikan desaign dari geometri dan meshgeneration dari suatu proses yang akan di kerjakan, processing yaitu suatu proses set-up kondisi batas-batas dan solusi saat pengerjaan dari suatu proses. Post-processing yaitu suatu proses dari penampilan hasil yang sudah di kerjakan [7].

(a)

(b)

Gambar 1. (a) Skema pengukuran RPM pada kipas hisap akisal, (b) Skema pengukuran Inlet velocity

Aliran laminer ditandai dengan lintasan partikel fluida sepanjang lintasan yang halus dan membentuk lapisan- lapisan tertentu. lintasan partikel yang berurutan mengikuti lintasan yang benar, laju aliran sedang guratan zat pewarna

lebih besar berfluktuasi mengikuti ruang dan waktu gerakan garis putus – putus dengan prilaku tak beraturan yang muncul pada guratan maka aliran ini disebut aliran transisi, laju aliran besar guratan zat pewarna kabur dan menyebar ke semua pipa dengan pola yang acak maka aliran ini disebut aliran turbulen ditandai dengan campuran antara lapisan- lapisan fluida yang berbeda terjadi pada harga bilangan Reynoldsyang lebih tinggi, pada jenis aliran ini dimana hampir tidak terdapat garis edar tertentu yang dapat dilihat [8]. aliran laminar adalah suatu aliran fluida yang pergerakan partikel dari fluida itu sejajar dengan arah garis arus. Partikel – partikel pada aliran laminar bergerak seperti sepanjang lintasan yang lancar dan halus dan terjadi jika reynold number yang rendah, gaya viscous dominasi dan karakteristik aliran memiliki pergerakan konstan[9]

Perhitungan reymold number

Reynold number merupakan sebuah bilangan tak berdimensi dan sangat penting bagi dinamika fluida. Saat ini

reynold number menjadi parameter dalam berbagai aliran.dan untuk menentukan bentuk pola suatu aliran.[10]

Dimana :

v = Kecepatan fluida (m/s) l = panjang aliran (m)

ρ = massa jenis fluida (kg/m3) µ = Viskositas fluida (kg/m.s)

Hasil dan Pembahasan

A. Hubungan Simulasi Dan Aktual

Untuk membandingkan hasil V secara actual dan V simulasi

a. Grafik hasil perbandingan V actual dengan V simulasi

Gambar 2. Grafik hubungan V actual dan V simulasi dengan inlet velocity 1,4 m/s

Pada gambar diatas merupakan hasil perbandingan antara kecepatan actual dan kecepatan dengan simulasi menggunkan software solidwork 2018 flow simulation dengan inlet velocity 1,4 m/s. warna biru merupakan kecepatan secara simulasi dan warna orange kecepatan secara actual. Pada pengujian actual pengukuran dilakukan pada enam titik di windtunnelsedangkan pada simulasi pada sepanjang saluran di dalam windtunnel.

b. Grafik hasil perbandingan V actual dengan V simulasi

Gambar 3. Grafik hubungan V actual dan V simulasi dengan inlet velocity 2,6 m/s

Pada gambar diatas merupakan hasil perbandingan antara kecepatan actual dan kecepatan dengan simulasi menggunkan software solidwork 2018 flow simulation dengan inlet velocity 2,6 m/s. warna biru merupakan kecepatan secara simulasi dan warna orange kecepatan secara actual. Pada pengujian actual pengukuran dilakukan pada enam titik di windtunnelsedangkan pada simulasi pada sepanjang saluran di dalam windtunnel.

c. Grafik hasil perbandingan V actual dengan V simulasi

Gambar 4. Grafik hubungan V actual dan V simulasi dengan inlet velocity 3,9 m/s

Pada gambar diatas merupakan hasil perbandingan antara kecepatan actual dan kecepatan dengan simulasi menggunkan software solidwork 2018 flow simulation dengan inlet velocity 3,9 m/s. warna biru merupakan kecepatan secara simulasi dan warna orange kecepatan secara actual. Pada pengujian actual pengukuran dilakukan pada enam titik di windtunnelsedangkan pada simulasi pada sepanjang saluran di dalam windtunnel.

d. Grafik Hasil Perbandingan V Actual dengan V Simulasi

Gambar 5. Grafik hubungan V actual dan V simulasi dengan inlet velocity 4,2 m/s

Pada gambar diatas merupakan hasil perbandingan antara kecepatan aktual dan kecepatan dengan simulasi menggunkan software solidwork 2018 flow simulation dengan inlet velocity 4,2 m/s. warna biru merupakan kecepatan secara simulasi dan warna orange kecepatan secara actual. Pada pengujian aktual pengukuran dilakukan pada enam titik di windtunnelsedangkan pada simulasi pada sepanjang saluran di dalam windtunnel.

B. Visualisa pola aliran di wind tunnel

Secara Actual

Gambar 6. (a) Simulasi pola aliran udara dengan honeycomb, (b) Simulasi pola aliran udara tanpa

honeycomb

Secara Simulasi Di Software Solidwork 2018 FlowSimulation

Gambar 7. Simulasi pola aliran udara pada software solidwork 2018 flow simulation

Dari semua gambar grafik diatas merupakan perbandingan hasil kecepatan simulasi dan hasil kecepatan aktual secara umum memiliki pola yang sama yaitu pada panjang aliran 0,5 m sampai 1,5 m terjadi kecepatan yang tinggi dan merupakan pada daerah tersebut terjadi di contraction cone penampang belakang dan test section dan setelah daerah tersebut pola aliran dengan kecepatan rendah dan merupakan daerah diffuser. Pada daerah contraction cone penampang belakang dan testsectiontersebut terjadi kecepatan yang tinggi dikarenakan bentuk dimensi berbeda yaitu dari luas penampang contraction cone yang besar lalu ke luas penampang yang kecil test section dan menyebabkan terjadi kecepatan yang tinggi, terjadinya pola aliran tersebut sesuai dengan persamaan kontinuitas yaitu fluida berpindah dari satu titik ke titik yang lain dan menyesuaikan dengan bentuk luasan benda.

Pada semua grafik diatas memiliki perbedaan kecepatan yang jauh dikarenakan pada saat simulasi tidak memasukkan input parameter RPM dari kipas hisap aksial yang digunakan untuk aliran udara masuk ke dalam wind tunnel, kecepatan pada simulasi merata dan perbedaan lebih kecil sedangkan kecepatan di wind tunnel berbeda pada setiap titik. Pada simulasi pengambilan kecepatan pada setiap titik sedangkan pada pengukuran actual hanya beberapa titik.

Pola aliran udara yang mengalir didalam wind tunnel simetris dengan diameter kipas hisap aksial sedangkan pola aliran udara mengalir menyebar dengan rata ke semua bagian dari section, perbedaan tersebut yang disebabkan karena konstruksi dari wind tunnel yang ada di lab mesin umisda kurang presisi yang menyebabkan perbedaan pada penyebaran pola aliran yang ada di dalam windtunnel.

Kesimpulan

Dari hasil pengujian, pengukuran dan perhitungan control variable kecepatan RPM berpengaruh terhadap kecepatan pada setiap section dan jenis pola aliran udara didalam saluran wind tunnel. Penggunana honeycomb yang ditempatkan di penampang depan tes section sangat berpengaruh unutk mengurangi turbulensi. Pada semua grafik diatas memiliki perbedaan kecepatan yang jauh dikarenakan pada saat simulasi tidak memasukkan input parameter RPM dari kipas hisap aksial yang digunakan untuk aliran udara masuk ke dalam windtunnel, kecepatan pada simulasi merata dan perbedaan lebih kecil sedangkan kecepatan di wind tunnel berbeda pada setiap titik. Pada simulasi pengambilan kecepatan pada setiap titik sedangkan pada pengukuran actual hanya beberapa titik.

Pola aliran udara yang mengalir didalam wind tunnel simetris dengan diameter kipas hisap aksial sedangkan pola aliran udara dengan simulasi mengalir menyebar dengan rata ke semua bagian dari section, perbedaan tersebut yang disebabkan karena konstruksi dari wind tunnel yang ada di lab mesin umisda kurang presisi yang menyebabkan perbedaan pada penyebaran pola aliran yang ada di dalam wind tunnel.

References

1. P. B. Surya and A. G. Wailanduw, “Pengaruh Variasi Screen terhadap Intensitas Turbulensi Wind Tunnel Tipe Open Circuit Subsonic di Jurusan Teknik Mesin Unesa,” J. Tek. Mesin, vol. 3, pp. 29–37, 2014.
2. S. U. Handayani, “Pengembangan dan analisa keseragaman aliran terowongan angin tipe terbuka sebagai sarana pengujian aerodinamika,” Semin. Nas. Politek. Negeri Semarang, PNES II, pp. 309–314, 2014.
3. Subagyo, M. Muflih, and dan A. Y. Atmojo, “MENGGUNAKAN FASILITAS TEROWONGAN ANGIN Data acquisition system of wind turbine power performance testing by using Wind Tunnel Facilities,” J. Stand., vol. 17, pp. 129–136, 2015.
4. N. Risnawan, F. A. Yohanes, and A. S. K, “KONSISTENSI DAN AKURASI DATA HASIL PENGUKURAN PADA PENGUJIAN AERODINAMIKA MODEL PESAWAT JENIS PENUMPANG SIPIL (AIRLINER) DI WIND TUNNEL BBTA3-BPPT,” ejurnal2.bppt.go.id, vol. 2, p. 2018, 2018, [Online]. Available: http://ejurnal2.bppt.go.id/index.php/JAERO/article/view/3816/3168.
5. Muchammad, “ANALISIS MOMEN POROS DAN GAYA SAMPING HORN RUDDER BIDANG KENDALI PESAWAT N-XXX MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC,” Momentum, vol. 15, no. 1, pp. 64–69, 2019.
6. I. M. Idris, “RANCANG BANGUN TEROWONGAN ANGIN (WIND TUNNEL) TIPE SUBSONIC DENGAN TEST SECTION 0, 2 X 0, 2 M UNTUK ALAT PERAGA MEKANIKA FLUIDA,” Mechonversio Mech. Eng. J., vol. 2, no. 2, pp. 19–24, 2019.
7. F. F. Junaidi, “Analisis distribusi kecepatan aliran sungai musi (ruas jembatan ampera sampai dengan pulau kemaro).” Sriwijaya University, 2014.
8. Y. R. Fauzi, “Pengaruh Penambahan Turbocyclone Aksial Terhadap Aliran dan Performa Motor Bakar,” Turbo J. Progr. Stud. Tek. Mesin, vol. 7, no. 1, pp. 25–31, 2018.
9. F. A. Naser and M. T. Rashid, “Effect of Reynold Number and Angle of Attack on the Hydrodynamic Forces Generated from A Bionic Concave Pectoral Fins,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 745, no. 1, 2020, doi: 10.1088/1757-899X/745/1/012026.
10. J. Tu, G. H. Yeoh, and C. Liu, Computational fluid dynamics: a practical approach. Butterworth-Heinemann, 2018.