Studi Eksperimen Pengurangan Intensitas Turbulensi dengan Penempatan Screen pada Open Circuit Subsonic Wind Tunnel di Laboratorium Mekanika

dan Mesin-mesin Fluida Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS “Studi Kasus Screen Berdiameter 0,7 mm dan 1 mm serta Konfigurasi Penempatannya”

Triyogi Yuwonoa), Wawan Aries Widodoa), Andi Soviyana

Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 b)

Telp. (031) 5946230, Fax : (031) 5922941 E-mail: andisoviyana@gmail.com

Abstract Transisi lapis batas pada kontur permukaan benda, terutama yang memiliki bentuk lengkung salah satunya dipengaruhi oleh freestream turbulence. Semakin besar freestream turbulence tentunya akan menghasilkan intensitas turbulensi yang besar pula. Dalam suatu penelitian tidak diinginkan intensitas turbulensi yang besar, karena intensitas turbulensi dapat mempengaruhi hasil penelitian. Sehingga perlu adanya upaya untuk mengurangi intensitas turbulensi, agar didapatkan data hasil penelitian yang konsisten. Salah satu upaya untuk mengurangi intensitas turbulensi yaitu dengan menempatkan screen pada sisi inlet setelah melewati honeycomb pada wind tunnel. Karena screen diduga mampu menurunkan intensitas turbulensi.

Dalam penelitian kali ini akan dilakukan uji eksperimen dengan menempatkan screen pada bagian contraction dan setelah contraction sebelum memasuki test section yaitu pada posisi X/L = 0,43 sampai 0,98. Screen akan dipasang secara bertahap mulai dari satu sampai tujuh screen. Dimana screen yang digunakan adalah screen dengan diameter kawat 0,7 mm dan 1 mm yang akan diuji pada kecepatan freesream di centerline test section mulai dari 8 m/s sampai 20 m/s dengan kenaikan kecepatan sebesar 1 m/s. Intensitas turbulensi diukur dengan menempatkan hot wire anemometer pada daerah centerline test section. Kemudian akan ditempatkan silinder sirkular tunggal dengan diametr 60 mm pada centerline test section untuk mengetahui pengaruh intensitas turbulensi terhadap distribusi koefisien tekanan (Cp) pada kontur silinder sirkular dan profil kecepatan di belakang silinder sirkular pada jarak 4D yang diuji pada bilangan Reynolds 5,4 x 104

Dari hasil penelitian didapatkan intensitas turbulensi cenderung menurun dengan adanya penambahan screen. Intensitas turbulensi semakin menurun dengan bertambahnya kecepatan pada semua konfigurasi screen yang digunakan. Semakin banyak screen yang dipasang, maka menghasilkan pressure difference yang semakin besar pada masing-masing tingkat kecepatan. Letak titik separasi massive pada aliran freestream dengan intensitas turbulensi 9,52% lebih tertunda ke belakang jika dibandingkan dengan intensitas turbulensi 1,48% dan defisit momentum yang terbentuk di belakang silinder sirkular dengan intensitas turbulensi 9,52% lebih kecil jika dibandingkan defisit momentum yang terbentuk dibelakang silinder sirkular dengan intensitas turbulensi 1,48%

.

Keywords: wind tunnel, screen, intensitas turbulensi PENDAHULUAN

Transisi lapis batas pada kontur permukaan benda, terutama yang memiliki bentuk lengkung salah satunya dipengaruhi oleh freestream turbulence. Semakin besar freestream turbulence tentunya akan menghasilkan intensitas turbulensi yang besar

pula. Dalam suatu penelitian tidak diinginkan intensitas turbulensi yang besar, karena intensitas turbulensi dapat menimbulkan ketidakpastian dalam pengukuran. Dimana ketidakpastian dalam pengukuran akan menghasilkan data yang tidak konsisten.

Sehingga perlu adanya upaya untuk mengurangi intensitas turbulensi, salah satu upaya untuk mengurangi intensitas turbulensi yaitu dengan menempatkan screen pada sisi inlet setelah melewati honeycomb. Karena screen diduga mampu menurunkan intensitas turbulensi.

Kemampuan screen dalam mengurangi intensitas turbulensi pada wind tunnel tidak terlepas dari pemberian tahanan aerodinamik dengan luas penampang yang seragam di dalam saluran udara wind tunnel. Semakin besar tahanan aerodinamik yang dihasilkan screen mengakibatkan tekanan disetiap posisi dalam arah lateral aliran menjadi sama, sehingga keseragaman aliran dapat tercapai dan intensitas turbulensi dapat berkurang. Untuk menghasilkan pengurangan turbulensi maksimum, penurunan tekanan pada screen harus sebesar mungkin.

Berdasarkan penelitian oleh Ghobanian (2010), penempatan screen dapat menurunkan intensitas turbulensi jika dibandingkan kondisi tanpa screen, baik berdasarkan posisi penempatan screen maupun dengan diameter kawat screen yang berbeda. Ketika terdapat aliran yang tidak uniform dalam sumbu x dengan kecepatan dan sudut tertentu yang kemudian mengenai screen, maka kecepatan aliran akan berbelok lebih sejajar dengan sumbu x, walaupun kecepatan setelah melewati screen akan berkurang. Semakin banyak screen yang digunakan maka aliran akan semakin uniform. Sehingga fluktuasi kecepatan yang terjadi akan semakin kecil dan intensitas turbulensi juga akan semakin berkurang. Kualitas aliran juga ditentukan oleh ukuran screen yang digunakan, kestabilan asal aliran, geometri saluran uji, dan kondisi lingkungan.

Penelitian kali ini akan menempatkan screen pada bagian contraction dan setelah contraction yaitu pada posisi X/L = 0,43 sampai 0,98 sebelum memasuki test section. Screen akan dipasang secara bertahap mulai dari satu sampai tujuh screen. Dimana screen yang digunakan adalah screen dengan diameter kawat 1 mm dan 0,7 mm yang akan diuji pada kecepatan freesream di centerline test section mulai dari 8 m/s sampai 20 m/s dengan kenaikan kecepatan sebesar 1 m/s. Hal ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan screen dalam mengurangi intensitas turbulensi

yang terjadi pada bagian centerline test section yang juga tetap memperhatikan penurunan tekanan statis yang berpengaruh pada pencapaian kecepatan freestream maksimum aliran fluida pada centerline test section. Setelah mendapatkan konfigurasi yang terbaik, yaitu konfigurasi yang menghasilkan intensitas turbulensi terkecil maka akan dibandingkan dengan kondisi tanpa screen yang tentunya memiliki intensitas turbulensi paling besar yaitu dengan menempatkan silinder sirkular dengan diameter 60 mm pada centerline test section yang diuji pada Reynolds number 5,4 x 104

yang dikaji melalui distribusi koefisien tekanan pada kontur dan daerah wake yang terjadi dibelakang silinder sirkular pada jarak 4D.

METODE Pengambilan Data Kuantitatif Intensitas Turbulensi Pengambilan data kuantitatif intensitas turbulensi dilakukan pada centerline test section wind tunnel. Screen ditempatkan pada daerah contraction pada jarak X/L tertentu, L merupakan panjang dari contraction. Penempatan screen maksimal tujuh screen. Instalasi penempatan screen dan pengukuran intensitas turbulensi dapat dilihat pada gambar di bawah.

Gambar 1.Instalasi penempatan screen

Gambar 2. Instalasi pengukuran intensitas turbulensi

Tahap pengambilan data intensitas turbulensi yang akan dianalisa melalui proses pengambilan data dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

a. Memasang screen pada jarak X/L yang diinginkan.

b. Memasang posisi probe HWA pada center line saluran uji.

c. Menyalakan fan, atur besar putarannya dengan menggunakan inverter agar diperoleh kecepatan dalam test section sebesar 8 m/s.

d. Merekam data tegangan HWA dari pengkuran pada DAQ.

e. Melakukan pengulangan dari poin c dan d dengan kenaikan kecepatan sebesar 1 m/s sampai mencapai kecepatan 20 m/s.

Untuk memudahkan dalam penamaan screen maka ditabelkan pada tabel 3.2 bibawah ini. Tabel 1. Ukuran screen yang digunakan

Nama screen

Diameter screen

Jarak kawat screen

Rasio bukaan (β)

Screen A

1 mm 12 mm 0,84

Screen B

0,7 mm 5 mm 0,74

Berikut merupakan konfigurasi penempatan screen : Tabel 2. Konfigurasi penempatan screen

Data ke- Jarak X/L Konfigurasi Screen

1 (tanpa screen)

- -

2 0,43 1A 3 0,43; 0,79 2A 4 0,43; 0,79;

0,83 3A

5 0,43; 0,79; 0,83; 87

4A

6 0,43; 0,79; 0,83; 87;

0,90

5A

7 0,43; 0,79; 0,83; 87; 0,90; 0,94

6A

8 0,43; 0,79; 0,83; 87;

0,90; 0,94; 0,98

7A

9 0,43; 0,79; 0,83; 87;

0,90; 0,94; 0,98

6A + 1B

10 0,43; 0,79; 0,83; 87;

0,90; 0,94; 0,98

5A + 2B

11 0,43; 0,79; 0,83; 87;

0,90; 0,94; 0,98

4A + 3B

12 0,43; 0,79; 0,83; 87;

0,90; 0,94; 0,98

3A + 4B

13 0,43; 0,79; 0,83; 87;

0,90; 0,94; 0,98

2A + 5B

14 0,43; 0,79; 0,83; 87;

0,90; 0,94; 0,98

1A + 6B

Pengambilan Data Kuantitatif Pressure Difference

Pengukuran pressure difference dilakukan pada daerah freestream yang diukur pada centerline test section wind tunnel dengan menggunakan pitot static tube yang kemudian disambungkan ke pressure tranducer yang akan dibaca oleh data aquisisi (DAQ). Pressure difference merupakan selisih antara tekanan statis aliran freestream pada kondisi wind tunnel tanpa screen terhadap tekanan statis aliran freestream pada kondisi setelah penempatan screen yang diukur pada putaran motor dan temperatur operasi yang sama. Adapun instalasi dari pengukuran pressure difference dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3. Skema instalasi pengukuran

pressure difference

Tahap pengambilan data pressure difference yang akan dianalisa, dilakukan melalui proses pengambilan data dengan langkah-langkah sebagai berikut :

a. Memasang peralatan seperti pada gambar 3.7 di atas.

b. Pada kondisi tanpa screen, nyalakan fan dan atur besar putarannya dengan menggunakan inverter agar diperoleh kecepatan dalam test section sebesar 8 m/s.

c. Catat rpm motor dan rekam data arus keluaran pressure tranducer yang kemudian diubah menjadi tekanan statis aliran freestream sampai pada kecepatan aliran freestream sebesar 20 m/s.

d. Pasang screen yang akan digunakan e. Putar fan pada rpm yang sama seperti

pada kondisi tanpa screen untuk tiap tingkat kecepatan.

f. Rekam rekam data arus keluaran pressure tranducer yang kemudian

diubah menjadi tekanan statis aliran freestream Melakukan pengulangan dari poin d

dan f dengan putaran motor yang sama dengan pengukuran tekanan statis aliran freestream pada kondisi tanpa screen.

Pengambilan Data Distribusi Koefisien Tekanan dan Profil Kecepatan di Belakang Silinder Sirkular

Distribusi koefisien tekanan diukur sepanjang kontur pada silinder sirkular dengan jumlah pressure tap sebanyak 72 buah yang kemudian disambungkan dengan pressure tranduser. Sedangkan profil kecepatan di belakang silinder sirkular diukur pada jarak 4D. Instalasi pengukuran distribusi koefisien tekanan (Cp) dan profil kecepatan di belakang silinder sirkular dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4. Instalasi pengukuran distribusi koefisien tekanan dan profil kecepatan di

belakang silinder sirkular

Distribusi koefisien tekanan pada kontur silinder sirkular dan profil kecepatan di belakang silinder sirkular dapat diperoleh dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Mempersiapkan peralatan yaitu pressure transducer, data analyzer, hot wire anemometer dan pitot static tube.

2. Mengukur temperatur kerja untuk menentukan properties udara.

3. Memasang dan mengatur silinder uji pada test section.

4. Memeriksa kelurusan pemasangan silinder dengan waterpass.

5. Menghidupkan fan wind tunnel. 6. Mengukur tekanan statis dan stagnasi

pada bagian tengah test section wind tunnel dengan hot wire anemometer untuk mengetahui kecepatan free stream aliran.

7. Mengukur tekanan statis kontur dengan pressure tap yang terhubung ke pressure transducer.

Mengukur profil kecepatan di belakang silinder dengan hot wire anemometer yang terhubung ke data anayizer(DAQ), dimulai dengan jarak 3 mm dari dinding dan bergeser dengan interval 5 mm menjauhi dinding.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisa Intensitas Turbulensi Pengukuran intensitas turbulensi dilakukan dengan menggunakan HWA. Hal ini dilakukan setelah persamaan respon HWA diketahui. Pengukuran dilakukan pada open circuit subsonic wind tunnel yang dimiliki oleh laboratorium mekanika dan mesin-mesin fluida Teknik Mesin FTI-ITS. Analisa intensitas turbulensi dapat didapatkan dengan mencari perbandingan antara standar deviasi dari kecepatan freestream dan kecepatan rata-rata ftreastream

Intensitas Turbulensi Dengan Konfigurasi Screen Berdiameter 1 mm

Hasil pengukuran intensitas turbulensi dengan konfigurasi wind tunnel tanpa screen dengan konfigurasi wind tunnel dengan penempatan screen berdiameter 1 mm dapat dilihat pada gambar 5 dan 6 di bawah ini.

Gambar 5 Intensitas turbulensi kondisi open

circuit subsonic wind tunnel tanpa screen

Gambar 6 Intensitas turbulensi open circuit subsonic wind tunnel dengan penempatan

screen berdiameter kawat 1 mm

Pada gambar 5 dan 6 di atas terlihat bahwa intensitas turbulensi cenderung turun dengan bertambahnya kecepatan ftreestream untuk semua konfigurasi penempatan screen berdiameter 1 mm. Hal ini dikarenakan fluktuasi yang terjadi cenderung memiliki nilai yang sama terhadap nilai pengukuran sehingga dengan semakin besar kecepatan rata-rata freestream sebagai pembagi akan didapatkan nilai intensitas turbulensi yang semakin menurun. Pada gambar intensitas turbulensi di atas juga terlihat bahwa adanya penambahan screen intensitas turbulensi lebih kecil jika dibandingkan dengan kondisi tanpa screen pada semua tingkat kecepatan. Semakin banyak screen yang digunakan maka akan menghasilkan intensitas turbulensi yang semakin menurun. Hal tersebut tidak terlepas pada pemberian tahanan aerodinamika oleh screen. Ketika aliran datang tidak uniform dari sisi inlet screen dalam arah nornal dari screen dengan kecepatan dan sudut tertentu yang kemudian mengenai screen, maka kecepatan aliran akan berbelok lebih sejajar dengan arah nornal dari screen atau lebih sejajar dengan aliran ke arah sumbu x. Dengan semakin kecilnya sudut dari kecepatan tersebut atau kecepatan lebih sejajar dengan arah sumbu x (arah normal dari screen), maka kecepatan setelah melewati screen akan lebih uniform. Dengan aliran yang lebih uniform maka fluktuasi dari kecepatan akan berkurang sehingga intensitas turbulensi juga akan berkurang. Akan tetapi dengan penempatan

screen, kecepatan setelah melewati screen akan semakin berkurang. Dapat dilihat pada gambar 4.11 di atas saat kondisi wind tunnel terpasang satu screen kecepatan freestream dapat mencapai 20 m/s, sedangkan pada kondisi penempatan screen sebanyak tujuh buah screen kecepatan maksimal yang dapat dicapai pada putaran motor maksimal yang diijinkan hanya 17 m/s.

Secara rata-rata intensitas turbulensi paling besar ditunjukkan pada kondisi wind tunnel tanpa screen yaitu sebesar 9,84 %, sedangkan intensitas turbulensi paling kecil secara rata-rata ditunjukkan pada kondisi wind tunnel dengan penempatan tujuh screen berdiameter 1 mm yaitu sebesar 2,42%. Intensitas turbulensi paling kecil yaitu sebesar 1,44% ketika terpasang tujuh buah screen berdiameter 1 mm yang diukur pada kecepatan 17 m/s.

Intensitas Turbulensi Dengan Penempatan Kombinasi Screen Diameter 1 mm(Screen A) dengan Screen Diameter 0,7 mm(Screen B)

Hasil pengukuran intensitas turbulensi dengan penempatan kombinasi Screen diameter 1 mm(screen A) dengan screen diameter 0,7 mm(screen B) dapat dilihat pada gambar 7bawah ini.

Gambar 7 Intensitas turbulensi open circuit subsonic wind tunnel dengan penempatan

kombinasi screen A dan screen B

Pada gambar 7 di atas terlihat bahwa intensitas turbulensi cenderung turun dengan bertambahnya kecepatan ftreestream untuk semua konfigurasi penempatan kombinasi screen berdiameter 1 mm dan 0,7 mm. Hal ini dikarenakan fluktuasi yang terjadi cenderung

memiliki nilai yang sama terhadap nilai pengukuran sehingga dengan semakin besar kecepatan rata-rata freestream sebagai pembagi akan didapatkan nilai intensitas turbulensi yang semakin menurun. Pada gambar 7 juga terlihat bahwa adanya penambahan screen intensitas turbulensi lebih kecil jika dibandingkan dengan kondisi tanpa screen. Semakin banyak screen B yang digunakan maka akan menghasilkan intensitas turbulensi yang semakin menurun jika dibandingkan penggunaan screen B yang lebih sedikit. Hal tersebut tidak terlepas pada pemberian tahanan aerodinamika oleh screen. Dimana screen B memiliki rasio bukaan screen(β) yang lebih kecil jika dibandingkan dengan rasio bukaan pada screen A. Dengan penempata screen dengan rasio bukaan yang kecil, maka akan menghasilkan tahan aerodinamika yang semakin besar. Semakin besar tahanan aerodinamika yang dihasilkan screen mengakibatkan tekanan disetiap posisi dalam arah lateral aliran menjadi sama, sehingga keseragaman aliran dapat tercapai dan fluktuasi kecepatan ke arah lateral akan berkurang sehingga intensitas turbulensi juga dapat berkurang. Akan tetapi dengan semakin banyak penempatan screen B, kecepatan maksimal yang dapat dicapai setelah melewati screen akan semakin berkurang. Dapat dilihat pada gambar 4.10 di atas saat kondisi wind tunnel terpasang kombinasi enam screen A dan satu screen B, kecepatan maksimal yang dapat dicapai pada putaran motor maksimal yang diijinkan yaitu sebesar 17 m/s. Sedangkan pada kondisi penempatan kombinasi satu screen A dan enam screen B, kecepatan maksimal yang dapat dicapai pada putaran motor maksimal yang diijinkan yaitu hanya sebesar 15 m/s

Secara rata-rata intensitas turbulensi paling besar ditunjukkan pada kondisi wind tunnel tanpa screen yaitu sebesar 9,84 %, sedangkan intensitas turbulensi paling kecil secara rata-rata ditunjukkan pada kondisi wind tunnel dengan penempatan kombinasi satu screen A dan enam screen B yaitu sebesar 1,86%. Intensitas turbulensi paling kecil yaitu sebesar 1,403% ketika terpasang kombinasi dua screen A dan lima screen B yang diukur pada kecepatan 15 m/s.

Analisa Pressure Difference Pressure difference diukur pada

centerline test section antara kondisi tanpa screen dengan kondisi setelah dipasang screen yang diukur pada putaran motor dan temperatur yang sama. Akan dianalisa dua macam grafik, yaitu grafik pressure difference akibat ditempatkannya screen berdiameter 1 mm dan grafik pressure difference akibat ditempatkannya kombinasi screen berdiameter 1 mm dengan screen berdiameter 0,7 mm.

Pressure Difference Dengan Penempatan Screen Berdiameter 1 mm

Gambar 8 Pressure difference dengan penempatan screen berdiameter 1 mm

Pada grafik pressure difference dengan penempatan screen berdiameter 1 mm di atas, dapat dilihat bahwa pressure difference semakin besar dengan bertambahnya kecepatan aliran freestream untuk semua konfigurasi screen yang digunakan. Hal ini terjadi karena massa jenis udara (ρ) dan screen drag coefficient (K) adalah konstan, dengan perubahan kecepatan aliran freestream yang semakin meningkat maka akan diikuti oleh meningkatnya pressure difference. Pada penempatan satu screen kenaikan pressure difference terlihat tidak terlalu signifikan jika dibandingkan dengan kenaikan pressure difference pada penempatan screen yang lebih banyak. Pada grafik pressure difference di atas dapat dilihat juga bahwa semakin banyak screen yang dipasang, maka akan menghasilkan pressure difference yang semakin besar pada masing-masing tingkat kecepatan. Hal ini terjadi karena semakin banyak screen yang ditempatkan, maka akan

menghasilkan tahanan aerodinamika yang semakin besar. Dengan dihasilkannya tahanan aerodinamika yang semakin besar, maka penurunan kecepatan freestream juga akan semakin besar. Dengan penurunan kecepatan freestream yang semakin besar, maka pressure difference yang terjadi juga akan semakin besar.

Secara rata-rata pressure difference paling kecil ditunjukkan pada kondisi wind tunnel dengan penempatan satu screen yaitu sebesar 24,43 Pa. Sedangkan pressure difference paling besar secara rata-rata ditunjukkan pada kondisi wind tunnel dengan penempatan tujuh screen yaitu sebesar 135,222 Pa. Pressure difference paling kecil yaitu sebesar 9,02 Pa ketika terpasang satu screen yang diukur pada kecepatan 8 m/s. Pressure difference paling besar yaitu sebesar 226,604 Pa ketika terpasang tujuh screen yang diukur pada kecepatan 17 m/s.

Pressure Difference Dengan Penempatan Kombinasi Screen Berdiameter 1 mm(Screen A) dengan Screen Berdiameter 0,7 mm(Screen B)

Gambar 9 Pressure difference dengan

penempatan kombinasi screen A dan screen B

Pada grafik pressure difference dengan penempatan kombinasi screen berdiameter 1 mm dan screen berdiameter 0,7 mm di atas, dapat dilihat bahwa pressure difference semakin besar dengan bertambahnya kecepatan aliran freestream untuk semua konfigurasi screen yang digunakan. Hal ini terjadi karena massa jenis udara(ρ) dan screen drag coefficient (K) adalah konstan, dengan

perubahan kecepatan aliran freestream yang semakin meningkat maka akan diikuti oleh meningkatnya pressure difference. Nilai pressure difference yang dihasilkan oleh semua konfigurasi screen mempunyai perbedaan nilai yang tidak terlalu besar. Hal tersebut dikarenakan jumlah screen yang digunakan sama yaitu tujuh buah screen hanya saja kombinasi screen yang digunakan berbeda. Pada grafik pressure difference di atas dapat dilihat juga bahwa semakin banyak screen B yang dipasang, maka akan menghasilkan pressure difference yang semakin besar pada masing-masing tingkat kecepatan. Hal ini terjadi karena semakin banyak screen B yang ditempatkan, maka akan menghasilkan tahanan aerodinamika yang semakin besar. Dengan dihasilkannya tahanan aerodinamika yang semakin besar, maka penurunan kecepatan freestream juga akan semakin besar. Dengan penurunan kecepatan freestream yang semakin besar, maka pressure difference yang terjadi juga akan semakin besar.

Secara rata-rata pressure difference paling kecil ditunjukkan pada kondisi wind tunnel dengan penempatan kombinasi enam screen A dan satu screen B yaitu sebesar 144,65 Pa. Sedangkan pressure difference paling besar secara rata-rata ditunjukkan pada kondisi wind tunnel dengan penempatan kombinasi satu screen A dan enam screen B yaitu sebesar 242,54 Pa. Pressure difference paling kecil yaitu sebesar 67,54 Pa ketika terpasang kombinasi enam screen A dan satu screen B yang diukur pada kecepatan 8 m/s. Pressure difference paling besar yaitu sebesar 258,206 Pa ketika terpasang kombinasi lima screen A dan dua screen B yang diukur pada kecepatan 17 m/s

Analisa Aliran Fluida Melintasi Silinder Sirkular yang Diletakkan Pada Centerline Test section

Aliran fluida melintasi silinder sirkular dikaji melalui grafik coefficient of pressure (Cp) yang dibandingkan antara coefficient of pressure silinder sirkular dengan intensitas turbulensi terbesar dengan coefficient of pressure silinder sirkular dengan intensitas turbulensi terkecil yang diukur pada Reynolds

number 5,4 x 104 . selain itu juga data yang dihasilkan akan dibandingkan dengan penelitian orang lain. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh intensitas turbulensi terhadap nilai coefficient of pressure silinder sirkular. Coefficient of pressure silinder sirkular diukur dari sudut kontur silinder θ=0o sampai pada sudut kontur θ=180o atau hanya diukur pada sisi upper kontur silinder sirkular, hal ini disebabkan karena coefficient of pressure untuk silinder sirkular cenderung simetri pada sisi upper dan sisi lower walaupun untuk Cp sendiri mempunyai fluktuasi (Cp’)

Gambar10 Grafik Cp

= f(θ) silinder sirkular diletakkan pada centerline test section

Pada gambar 10 menunjukkan grafik koefisien pressure (Cp) pada penelitian sekarang untuk silinder sirkular dengan intensitas turbulensi aliran freestream 9,52% dan 1,48% serta penelitian oleh Norberg (1986) dan Braza et al (2006). Untuk penelitian sekarang pada silinder sirkular dengan intensitas turbulensi aliran freestream 9,52%, letak titik stagnasi berada pada sudut kontur (θ = 0°). Setelah melewati titik stagnasi aliran akan mengalami akselerasi sampai mencapai tekanan minimum pada upper side silinder pada θ = 75°. Kemudian aliran mulai mengalami perlambatan hingga θ = 95° dan aliran tersebut akan mengalami separasi massive. Hal ini terjadi karena momentum aliran yang melalui upper side silinder pada θ = 95° sudah tidak mampu lagi melawan adverse pressure gradient dan gesekan pada kontur silinder. Tekanan pada kontur setelah terseparasi cenderung konstan dan pada θ =

180° atau pada daerah base silinder, mempunyai nilai coefficient of base pressure sebesar -1,515.

Untuk penelitian sekarang pada silinder sirkular dengan intensitas turbulensi aliran freestream 1,48%, letak titik stagnasi berada pada sudut kontur (θ = 0°). Setelah melewati titik stagnasi aliran akan mengalami akselerasi sampai mencapai tekanan minimum pada upper side silinder pada θ = 65°. Kemudian aliran mulai mengalami perlambatan hingga θ = 85° dan aliran tersebut akan mengalami separasi massive. Hal ini terjadi karena momentum aliran yang melalui upper side silinder pada θ = 85° sudah tidak mampu lagi melawan adverse pressure dan gesekan pada kontur silinder. Tekanan pada kontur setelah terseparasi cenderung konstan dan pada θ = 180° atau pada daerah base silinder, mempunyai nilai coefficient of base pressure sebesar -1,204.

Penelitian Norberg (1987), dilakukan pada Re=5,5 x 104

Penelitian Braza et al (2006), penelitian dilakukan dengan menempatkan silinder sirkular berdiameter 140 mm yang

dipasang pada centerline test section dan dioperasikan pada Re= 6,5 x 10

dan Tu=1,4 %. Penelitian dilakukan dengan menempatkan silinder sirkular berdiameter 41 mm yang dipasang pada centerline test section. Dari hasil penelitian didapatkan letak titik stagnasi berada pada sudut kontur (θ = 0°). Setelah melewati titik stagnasi aliran akan mengalami akselerasi sampai mencapai tekanan minimum pada upper side silinder pada θ = 65°. Kemudian aliran mulai mengalami perlambatan hingga θ = 90° dan aliran tersebut akan mengalami separasi massive dimana boundary layer terlepas dari permukaan silinder. Hal ini terjadi karena momentum aliran yang melalui upper side silinder pada θ = 90° sudah tidak mampu lagi melawan adverse pressure dan gesekan pada kontur silinder. Tekanan pada kontur setelah terseparasi cenderung konstan dan pada θ = 180° atau pada daerah base silinder, mempunyai nilai coefficient of base pressure sebesar -1,146. Cp hasil penelitian Norbreg (1987), mempunyai tren dan nilai yang hampir sama dengan penelitian sekarang yang diukur pada Tu=1,48%. Hal tersebut dikarenakan Reynolds number dan intensitas turbulensi dari aliran freestream mempunyai perbedaan yang tidak signifikan.

4

Untuk dapat membandingkan dengan jelas perbedaan yang ada di antara penelitian sekarang dengan intensitas turbulensi 9,52 % dan 1,48% , penelitian oleh Norberg dan penelitian oleh Braza et al mengenai letak titik separasi massive dan coefficient of base pressure (Cp

dan Tu= 1,5%. Dari hasil penelitian didapatkan letak titik stagnasi berada pada sudut kontur (θ = 0°). Setelah melewati titik stagnasi aliran akan mengalami akselerasi sampai mencapai tekanan minimum pada upper side silinder pada θ = 68°. Kemudian aliran mulai mengalami perlambatan hingga θ = 88° dan aliran tersebut akan mengalami separasi massive. Hal ini terjadi karena momentum aliran yang melalui upper side silinder pada θ = 88° sudah tidak mampu lagi melawan adverse pressure dan gesekan pada kontur silinder. Tekanan pada kontur setelah terseparasi cenderung konstan dan pada θ = 180° atau pada daerah base silinder, mempunyai nilai coefficient of base pressure sebesar -1,580. Cp hasil penelitian Braza et al (2006), mempunyai tren dan nilai yang hampir sama dengan penelitian sekarang yang diukur pada Tu=1,48%. Akan tetapi nilai pada base pressure coefficient memiliki perbedaan yang cukup besar. Perbedaan tersebut terjadi karena Reynolds number yang digunakan mempunyai perbedaan yang cukup besar.

b

) dilihat pada tabel 3

Tabel 3 Perbandingan letak separasi massive dan coefficient of base pressure

Dari tabel 3 di atas dapat dilihat letak

titik separasi massive pada aliran freestream dengan intensitas turbulensi 9,52% lebih tertunda ke belakang jika dibandingkan dengan aliran freestream dengan intensitas turbulensi 1,48%. Hal ini menunjukkan momentum aliran dengan intensitas turbulensi 9,52% lebih mampu melawan adverse pressure dan gesekan pada permukaan silinder jika

dibandingkan dengan momentum aliran freestream dengan intensitas turbulensi 1,48%. Dengan mundurnya letak titik separasi massive pada aliran freestream dengan intensitas turbulensi 9,52%, maka daerah wake yang terjadi di belakang silinder lebih sempit jika dibandingkan dengan wake yang terbentuk dibelakang silinder pada aliran freestream dengan intensitas turbulensi 1,48%.

Pada penelitian sekarang yaitu pada intensitas turbulensi 9,52 % dan 1,48 %, perbedaan letak separasi massive ,tekanan minimum dan base pressure semata-mata terjadi karena perbedaan intensitas turbulensi. Dimana aliran fluida sejak awal sudah turbulen sebelum masuk test section. Analisa Profil Kecepatan di Belakang Silinder Pada Centerline Test section (wake)

Profil kecepatan di belakang silinder diletakkan pada centerline test section diukur pada jarak x/D = 4, dimana x adalah jarak titik pengukuran dengan titik pusat silinder sedangkan D adalah diameter silinder. Profil kecepatan ini ditampilkan dalam grafik posisi y/h fungsi u/Umax, dimana y merupakan posisi titik pengukuran yaitu dari rentang 0,5 cm sampai dengan 65,5 cm untuk tiap kenaikan 0,5 cm. Sedangkan h adalah panjang lintasan titik-titik pengukuran yaitu 66 cm disepanjang cross section area lorong uji. Hasil pengukuran profil kecepatan di belakang silinder yang diletakkan pada centerline test section ini ditunjukkan pada gambar 4.16.

Gambar 11 Profil kecepatan di belakang

silinder sirkular diletakkan pada centerline test section

Gambar 11 menunjukkan profil

kecepatan aliran di belakang silinder sirkular

dengan variasi intensitas turbulensi 9,52% dan 1,48%. Apabila terdapat aliran yang melintasi silinder tunggal tanpa ada pengganggu apapun di dekat silinder maka aliran tersebut akan terdistribusi merata baik pada upper side maupun lower side silinder. Begitu juga dengan aliran di belakang silinder. Dari gambar 4.16 profil kecepatan dan wake terbentuk cenderung simetri. Artinya pada silinder sirkular tunggal baik untuk intensitas turbulensi 9,52% maupun 1,48%, cenderung hanya mengalami gaya drag karena distribusi tekanan antara upper side dan lower side silinder cenderung sama.

Dari gambar 4.16 juga dapat dilihat bahwa defisit momentum aliran yang terjadi lebih besar pada silinder sirkular dengan intensitas turbulensi 1,48% dibandingkan silinder sirkular dengan intensitas turbulensi 9,52%. Hal ini diindikasikan karena wake yang terbentuk dibelakang silinder sirkular dengan intensitas turbulensi 1,48% lebih lebar jika dibandingkan wake yang terbentuk dibelakang silinder sirkular dengan intensitas turbulens 9,52%i Hal ini menandakan bahwa gaya drag yang terjadi pada silinder sirkular dengan intensitas turbulensi 1,48% lebih besar daripada gaya drag yang terjadi pada silinder sirkular dengan intensitas turbulensi 9,52%. Adanya perbedaan defisit momentum ini menandakan bahwa turbulensi yang terjadi tidak semata-mata akibat benda uji yang menghalangi aliran fluida, melainkan aliran fluida sejak awal sudah turbulen sebelum masuk test section.

KESIMPULAN

Berdasarkan uraian yang disampaikan pada hasil dan pembahasan di atas, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Adanya penambahan screen dapat

menurunkan intensitas turbulensi pada aliran freestream dan intensitas turbulensi cenderung menurun pada setiap kenaikan kecepatan. Intensitas turbulensi maksimal yaitu pada saat wind tunnel tanpa screen sebesar 12,6% yang diukur paka kecepatan freestream 8 m/s, sedangkan Intensitas turbulensi minimal adalah sebesar 1,4% ketika terpasang kombinasi dua screen berdiameter 1 mm

dan lima screen berdiameter 0,7 mm yang diukur pada kecepatan freestream 15 m/s.

2. Adanya penambahan screen menghasilkan pressure difference yang semakin besar pada masing-masing tingkat kecepatan dan mengurangi pencapaian kecepatan maksimal aliran freestream pada putaran motor maksimal yang diijinkan. Secara rata-rata pressure difference paling kecil dihasilkan ketika terpasang satu screen dan pressure difference paling besar dihasilkan ketika terpasang kombinasi satu screen berdiameter kawat 1 mm dan enam screen berdiameter kawat 0,7 mm.

DAFTAR PUSTAKA

1. Barlow, Jewel B. dan Jr, William H. Rae. 1999. Low Speed Wind tunnel Testing, 3rd

2. Bearman, P.W dan Morel, T. 1983. Effect of Free Stream Turbulence on the Flow Around Bluff Bodies, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, volume 20 page 97-123.

Edition. John Wiley and Son, Inc: New York.

3. Bell dan Mehta. 1988. Boundary Layer Predictions for Small Low Speed Constractions. Journal of American Institute of Aeronautics and Astronautics, volume 27 page 372-374.

4. Bhattacharya dan Johnson. 1977. Statistical Concepts and Methods. John Wiley and Son: Canada.

5. Braza et al. 2006. Turbulence Properties in the Cylinder Wake at High Reynolds Numbers. Journal of Fluids and Structures, volume 22 page 757-771.

6. Bruun, H. H. 1995. Hot Wire Anemometry, Principles and Signal Analysis. Oxford Science Publication: New York.

7. Cheung, J.C.K dan Melbourne, W.H. 1983. Turbulence Effects On Some Aerodynamic Parameters Of A Circular Cylinder at Supercritical Reynolds Numbers, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, volume 14 page 399-410.

8. Dantec Dynamic. 2002. How to Measure Turbulence with Hot-Wire Anemometers - A Practical Guide. Dantec: Denmark.

9. Fox, Robert W. dan Mc. Donald, Alan T. 1998. Introduction to Fluid Mechanics, 5th

10. Ghorbanian, Kaveh. 2010. Experimental Investigation on Turbulence Intensity Reduction in Subsonic Wind tunnels, Aerospace Science and Technology.

Edition. John Wiley and Son, Inc: New York.

11. Idelchik, I.E. 1996. Handbook of Hydraulic Resistance, 3rd

12. Leonanda, Benny D. 2007. Pengaruh Penempatan Beberapa Buah Screen Sebelum Seksi Uji Terowongan Angin, Teknik Mesin, Universitas Andalas.

Edition. CRC Press, Boca Raton, Florida.

13. Mehta dan Bradshaw. 1979. Design Rules for Small Low Speed Wind tunnel. The Aeronautical Journal of The Royal Aeronautical Society November 1979.

14. Norberg, C dan Sunden, B.1987. Turbulence and Reynolds Number Effects on the Flow and Fluid Force on A single cylinder in Cross Flow, Journal of Fluids and Structures, volume 1 page 337-357.

15. Olson dan Wright. Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik Edisi Kedua. Erlangga Media Grup. Jakarta.

16. Prabowo, Hananto. 2009. Studi Ekperimental Tentang Karakteristik Aliran Fluida Melintasi Silinder Sirkuler Dan Teriris Tipe-D di Dekat Dinding Untuk Lapis Batas Dinding Datar Laminer dan Turbulen, Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

17. Rahman, Rizal Nur. 2010. Rancang Bangun Hot wire anemometer Single Normal Probe Untuk Mengukur Bilangan Strouhal Pada Karakteristik Aliran Dibelakang Silinder Sirkuler Yang Diganggu Silinder Teriris Tipe-I, Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

18. Recktenwald, Gerald. 2004. Pressure Tranducer Calibration for M.E Thermal Laboratory.

web.cecs.pdx.edu.