studi eksperimental pengaruh disturbance body...
TRANSCRIPT
1
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH DISTURBANCE BODY TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN MELINTASI DUA SILINDER SIRKULAR YANG
TERSUSUN SECARA TANDEM PADA SALURAN SEMPIT BERPENAMPANG BUJUR SANGKAR
“Studi kasus untuk rasio jarak L/D = 2.0, S/D = 1.5 dan 2.5 serta membandingkan pengganggu polos dan ulir”
Ardhanu Usdhiantoko
Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
Abstrak
Banyak penelitian yang dilakukan untuk mengetahui karakteristik aliran fluida dalam melintasi suatu bluff body. Hal tersebut dilakukan untuk kepentingan akademik maupun untuk meneliti berbagai bentuk kontruksi yang berhubungan dengan aplikasi teknik seperti; heat exchanger, sistem perpipaan maupun cerobong asap. Salah satunya adalah penelitian tentang aliran yang melintasi silinder sirkular yang disusun secara tandem pada saluran sempit berpenampang bujur sangkar. Ketika aliran melalui susunan silinder sirkular maka akan terjadi separasi pada titik tertentu pada silinder sirkular. Bila separasi bisa ditunda maka gaya drag yang dihasilkan akan semakin kecil. Hal tersebut dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti dengan menggunakan pengganggu di depan silinder sirkular.Penelitian ini dilakukan secara eksperimen pada sebuah wind tunnel berpenampang bujur sangkar. Wind tunnel yang digunakan mempunyai lebar penampang 125mm. Benda uji yang digunakan berupa dua silinder sirkular yang disusun secara tandem pada jarak S/D=1,5 dan 2,5. Di depan silinder yang tersusun tandem akan ditempatkan pengganggu pada jarak L/D=2,0 yang memiliki permukaan polos dan ulir. Pengujian dilakukan di dalam saluran sempit dengan angka Reynolds (hidraulic diameter base) dari 52100 sampai 156000. Karakteristik aliran yang diamati adalah pressure drop(ΔP), koefisien drag total(CDt), koefisien tekanan(Cp) serta profil kecepatan di belakang silinder.Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan menggunakan pengganggu maka pressure drop dan gaya drag bisa tereduksi. Reduksi terbaik bila digunakan pengganggu dengan permukaan ulir. Dengan menggunakan pengganggu maka koefisien drag tereduksi sebesar 10,8% (S/D=1,5) dan 15% (S/D=2,5). Dengan menggunakan pengganggu permukaan ulir maka koefisien drag tereduksi sebesar 12,25% (S/D=1,5) dan 17,9% (S/D=2,5). Penggunaan saluran sempit (rasio blockage sebesar 20%) akan meningkatkan koefisien drag sebesar 4,8%. 1. Pendahuluan
Upaya mereduksi gaya fluida tersebut telah dilakukan banyak peneliti. Penelitian tersebut berisi tentang cara mereduksi gaya hambat pada silinder yang tersusun single ataupun tersusun secara tandem dengan berbagai cara. Pada penelitian yang pernah dilakukan, banyak konfigurasi silinder yang telah dilakukan, misalkan saja yang telah dilakukan oleh Alam, dkk (2003) serta Zdravkovic (1987) melakukan penelitian dengan menyusun silinder sirkular secara tandem yang menemukan adanya critical spacing pada L/D = 3.
Penelitian tentang reduksi gaya fluida menggunakan pengganggu dilakukan oleh Alam, dkk (2006) yang melakukan penelitian menggunakan silinder sirkular yang disusun secara tandem dimana di depan kedua silinder tersebut diberi pengganggu berbentuk plat “T”. Plat “T” yang digunakan memiliki lebar kepala 5mm dan jaraknya dengan silinder akan divariasikan untuk mendapatkan posisi yang optimal. Dari hasil penelitian maka hasil optimal diperoleh bila digunakan variasi T/D = 1.0 – 1.5. Lee, dkk (2004) juga melakukan penelitian dengan pengganggu berupa small control rod yang memvariasikan nilai L/D dan d/D yang menghasilkan
2
turunnya coefisien of drag total dari sistem. Dari penelitian ini didapatkan rasio diameter batang pengganggu yang ideal sebagai small control rod ada pada d/D = 0.233 serta peletakan small control rod ini pada jarak L/D = 2.0 – 2.08. Tsutsui dan Igarashi (2002) meneliti tentang reduksi gaya fluida terhadap silinder sirkular pada aliran udara. Pada penelitian yang dilakukan, keduanya memasang semacam rod/pengganggu yang dipasang pada bagian upstream silinder. Dari penelitian ini didapatkan bahwa pola aliran akan berubah tergantung dari dimeter pengganggu, jarak maupun angka Reynolds nya
Melihat dari permukaan silinder sirkular, maka Lee, dkk (2002 dan 2005) telah melakukan penelitian dengan menggunakan silinder sirkular dengan permukaan yang berulir yang nantinya akan dibandingkan dengan silinder yang permukaannya halus. Ulir (grooved) yang digunakan adalah jenis”U (U-grooved)” dan “V (V-grooved)”. Pada penggunaan silinder sirkular dengan U-grooved digunakan diameter silinder dengan diameter (D) = 60 mm yang akan dibandingkan dengan silinder dengan permukaan halus dengan diameter yang sama. Penelitian dilakukan pada angka Reynolds antara 8 x 103 sampai 1.4 x 105. Hasilnya, pada angka Reynolds 1.4 x 105 koefisien drag (CD) yang terjadi pada silinder sirkular dengan U-grooved tereduksi 18.6% dibandingkan dengan yang silinder sirkular yang memiliki permukaan halus dan akan terus tereduksi seiring dengan kenaikan angka Reynolds. Pada penelitian silinder sirkular yang memiliki V-grooved, digunakan silinder sirkular dengan diameter D = 18mm dengan angka Reynolds 2.5 x 103 sampai 3.8 x 104. Hasilnya pada Re = 3.6 x 103 (U0 = 3m/s) koefisien drag pada silinder V-grooved tereduksi sebesar 7.6% dibandingkan dengan yang memiliki permukaan halus, dan pada Re = 3.6 x 104 (U0 = 30m/s) akan meningkatkan koefisien drag sebesar 4%. Jadi pada silinder dengan V-grooved akan mereduksi koefisien drag pada angka Reynolds yang rendah (Re = 3.6 x 103) dan meningkatkan koefisien drag pada angka Reynolds tinggi (Re = 3.6 x 104) .
Penelitian tentang profil kecepatan pada saluran sempit telah dilakukan oleh Danbon dan Solliec (2000). Pada penelitian ini diperlihatkan profil kecepatan fluida pada saluran sempit dengan beberapa kondisi, yaitu kondisi saluran pipa tanpa pengontrol aliran serta kondisi saat pipa dipasang butterfly valve yang berfungsi sebagai pengontrol aliran dengan bukaan penuh. Dari hasil yang diperoleh maka pada kondisi saluran pipa kosong profil kecepatan menjadi stabil setelah melalui x/D = 1. Bila pada saluran pipa terdapat butterfly valve yang diatur pada bukaan penuh maka profil kecepatan akan stabil pada x/D = 9, dengan penempatan butterfly valve pada x/D = 1.
Bila pada saluran sempit terdapat benda uji maka efek blockage tidak dapat diabaikan. Efek blockage pada saluran yang sempit ini telah diteliti oleh Bell (1984) dan Weidmann (1964). Dalam salah satu hasil dari penelitian yang telah dilakukan oleh Bell disebutkan bahwa ketika dinding terowongan angin dekat dengan body maka perlu dilakukan koreksi terhadap hasil yang diperoleh, hal tersebut dikarenakan terjadi percepatan yang terjadi di sekitar benda uji pada test section. Pengukuran kecepatan pada test section yang kosong harus dikoreksi sebelum digunakan dalam kalkulasi perhitungan CD dan angka Reynolds. Hal senada disebutkan dalam penelitian Weidmann, dimana dinding wind tunnel memberikan kenaikan pada kecepatan free-stream terhadap distribusi volume dari body, dan hal tersebut juga berpengaruh terhadap pertumbuhan wake (wake blockage). Sehingga pada intensitas efek blockage tertentu diperlukan adanya faktor koreksi sebelum dilakukan perhitungan lebih lanjut.
Penelitian mengenai penurunan tekanan sepanjang saluran sempit dilakukan oleh Daloglu (2008). Penelitian yang dilakukan oleh Daloglu memperhitungkan penurunan tekanan dalam sebuah saluran sempit berpenampang bujur sangkar dengan dua silinder yang disusun secara tandem. Pada susunan tandem tersebut untuk silinder bagian depan digunakan/divariasikan antara silinder sirkular dan silinder kotak dengan variasi ukuran D = d, D = 2d dan D = 3d dengan silinder belakang yang ukurannya (D) dijaga tetap. Jarak (S) antara silinder depan dan belakang divariasikan terhadap ukuran diameter silinder belakang yaitu 1.0 ≤
3
S/d ≤ 10.0 . Effect dari angka Reynolds juga akan diteliti dengan variasi 2,100 ≤ Re ≤ 156,000. Dari percobaan ini diperoleh hasil bahwa jarak antara dua silinder sangatlah mempengaruhi penurunan tekanan. Pada jarak tertentu antara dua silinder, penurunan tekanan akan memberikan nilai yang lebih kecil dibanding penurunan tekanan dalam saluran yang hanya diberi satu (single) silinder. Penelitian ini tidak menggunakan pengontrol atau semacam pengganggu di depan kedua silinder.
Dari berbagai penelitian tersebut, maka muncul pemikiran untuk melakukan penelitian mengenai reduksi gaya fluida pada silinder sirkular, yang disusun secara tandem dengan sebuah pengganggu yang memiliki permukaan berulir (grooved) yang nantinya akan dibandingkan dengan pengganggu yang memiliki permukaan halus pada saluran sempit berpenampang bujur sangkar. Pada penelitian ini dilakukan juga variasi jarak antar silinder yang disusun secara tandem. Dari sini akan dilihat bagaimana distribusi koefisien tekanannya (CP) , koefisien drag (CD) maupun fenomena yang terjadi. 2. Metode Penelitian
Berikut adalah skema dari penelitian yang akan dilakukan. Dari gambar 1 ditunjukkan letak benda uji yang disusun secara tandem dengan pengganggu di bagian depan.
Gambar.1 Instalasi penelitian
Dari penelitian ini digunakan benda uji berupa dua silinder sirkular yang berdiameter (D)=25mm dengan panjang(L)=125mm. Pengganggu yang digunakan berupa silinder dengan diameter(D)= 4mm dengan permukaan polos dan permukaan ulir yang diletakkan di depan dua silinder yang tersusun tandem tersebut, seperti terlihat pada gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2 silinder sirkular dan pengganggu
4
Pengambilan data dilakukan dengan variasi S/D=1.5 dan 2.5 serta L/D=2.0 dengan angka Reynolds sebesar 52100, 73700, 90200, 128000, 147000, 156000 sesuai dengan angka Reynolds yang digunakan Daloglu(2008) dalam penelitiannya tentang pressure drop. Alat pengukuran menggunakan data aquisisi serta pressure tranduscer yang disambungkan pada wall pressure tap maupun pitot static tube pada test section. Sebelum penggunaan pressure tranduscer maka dilakukan langkah kalibrasi sebagai berikut
2.1 1. Pemasangan instalasi untuk keadaan free stream tanpa benda uji.
Langkah –langkah kalibrasi:
2. Pitot static tube dipasang pada dinding yang tersambung pada manometer serta pressure tranduscer.
3. Pengaturan bukaan pada damper dengan bukaan 8/8 (penuh) sampai 1/8 pada tiap penyalaan wind tunnel.
4. Diambil data manometer dan pressure tranduser untuk tekanan statis. 5. Dari manometer didapatkan Δh dan dari Data Aquisisi didapatkan arus sehingga bisa
diketahui tekanan statis yang terjadi. 6. Data- data tersebut dibuatkan grafik Pstatic manometer vs arus (i) sehingga diketahui pula
hubungannya dengan sebuah formula.
2.2 1. Perencanaan peralatan yang akan digunakan untuk eksperimental.
Prosedur Pengambilan Data
2. Pengukuran kondisi udara di ruangan saat pengujian (temperatur, dan tekanan). 3. Pemasangan benda uji pada saluran, yaitu dua silinder sirkular dengan D = 25mm dengan
jarak S/D = 1.5 dan 2.5 beserta batang pengganggu dengan D = 4 mm yang di letakkan pada jarak L/D = 2.0 di depan silinder upstream.
4. Mengukur kesejajaran silinder dan dinding dengan water pass. 5. Menghidupkan wind tunnel dan mengatur kecepatan sesuai kofigurasi (Re = 116000) sampai
kondisi steady. 6. Untuk pengambilan pressure drop digunakan fariasi Re = 52100, 73700, 90200, 116000,
128000, 147000, 156000. 7. Pengukuran tekanan yang terjadi pada wall pressure tap inlet dan outlet untuk mencari
pressure drop dengan menggunakan pressure tranducer serta data aqusisinya. 8. Pengukuran tekanan pada pressure tap yang terdapat di permukaan silinder, dan pengukuran
profil kecepatan di belakang susunan silinder dengan menggunakan pitot tube yang dihubungkan dengan transducer tekanan dan data aquisisi.
3. Analisa Data dan Hasil 3.1 3.1.1
Pressure Drop Saluran dan Susunan Benda Uji.
Pada gambar 3 disajikan grafik yang menunjukkan pressure drop yang terjadi pada saluran kosong dari wind tunnel dengan panjang test section sepanjang 600mm, diameter hidrolis 125mm sehingga dikategorikan saluran sempit yang akan digunakan sebagai tempat pengujian susunan benda uji.
Pressure Drop dan Koefien Gesek(friction) Pada Saluran Kosong.
5
Gambar 3 pressure drop pada saluran kosong
Bila dilihat dari gambar 3 maka terlihat bahwa dengan angka Reynolds yang semakin meningkat maka pressure drop yang terjadi juga akan semakin meningkat. Kenaikan pressure drop tersebut diakibatkan karena kecepatan yang semakin meningkat. Bila kecepatan meningkat maka akan menaikkan headloss, yang berarti juga akan meningkatkan pressure drop, sesuai dengan perumusan yang ditampilkan di bawah ini.
△ 𝑃𝑃 = 𝐻𝐻𝑙𝑙 × 𝜌𝜌
△ 𝑃𝑃 = 𝑓𝑓𝑉𝑉2
2𝐿𝐿𝐷𝐷 × 𝜌𝜌
Dari persamaan di atas bisa dilihat bahwa faktor kecepatan sangatlah berpengaruh terhadap headloss yang terjadi, dimana faktor kecepatan berbanding lurus dengan headloss sehingga bila kecepatan meningkat maka headloss juga akan ikut meningkat, dan bila headloss meningkat maka pressure drop juga akan meningkat. Selain faktor kecepatan, koefisien gesek, panjang saluran serta diameter juga sangat berpengaruh terhadap pressure drop yang terjadi.
Dalam analisa pressure drop pada saluran kosong, sangat besar pengaruh koefisien gesek terhadap pressure yang terjadi sepanjang saluran. Besar dan kecilnya koefisien gesek bisa dilihat dari kekasaran permukaan ataupun ketidakrataan permukaan dari saluran yang dilintasi oleh aliran fluida. Bila koefisien gesek besar maka pressure drop yang terjadi juga semakin besar karena koefisien gesek yang besar akan menghambat aliran, seperti permukaan dengan kontur kasar(bertekstur) dan permukaan dengan kontur halus akan memiliki koefisien yang berbeda sehingga memberikan pengaruh yang berbeda pada aliran yang melintasinya.
Pada gambar 4 yang disajikan maka terlihat bahwa dengan kenaikan angka Reynolds maka koefisien gesek akan menurun. Dari gambar perbandingan koefisien gesek maka tampak bahwa nilai koefisien gesek hasil perhitungan data penelitian pressure drop memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan nilai perhitungan Swamee-Jain maupun Moody.
Perbedaan yang terjadi antara eksperiment dengan hasil dari Swamee-Jain maupun Moody ini dimungkinkan karena pada test section saat penelitian aliran belum mencapai fully develop flow yang berbeda dengan kondisi pada perhitungan Swamee-Jain maupun Moody yang mengasumsikan aliran sudah mencapai fully develop flow.
0
5
10
15
20
25
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
△P(
Pa)
Rehsaluran kosong
6
𝑓𝑓 =0,25
[𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿10( 𝜀𝜀3,7𝐷𝐷 + 5,74
𝑅𝑅𝑅𝑅0,9 )2
Sedangkan perumusan Moody yaitu sebagai berikut.
Gambar 4 grafik koefisien gesek fungsi angka Reynolds
3.2 Berikut adalah gambar 5 yang menunjukkan Perbandingan pressure drop yang terjadi
pada saat aliran melintasi saluran dengan silinder tunggal dan pressure drop yang terjadi pada saat aliran melintasi saluran yang kosong tanpa benda uji. Untuk grafik yang ditunjukkan bisa dilihat bahwa silinder tunggal maupun saluran kosong mempunyai pola yang sama, yaitu dengan kenaikan angka Reynods maka pressure drop yang terjadi juga akan semakin meningkat. Kenaikan pressure drop tersebut diakibatkan karena kecepatan yang semakin meningkat. Bila kecepatan meningkat maka akan menaikkan headloss, yang berarti juga akan meningkatkan pressure drop.
Pressure Drop Saluran Kosong dan Saluran Dengan Silinder Tunggal.
Pada gambar 5 yang ditampilkan bisa dilihat bahwa ada perbedaan antara pressure drop yang diakibatkan oleh saluran yang kosong dan pressure drop pada saat aliran melintasi silinder tunggal. Kecenderungan yang terjadi yaitu nilai pressure drop yang diakibatkan oleh aliran yang melintasi silinder tunggal lebih besar daripada pressure drop yang terjadi bila aliran melintasi saluran kosong.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
f
Reh
eksperimen swamme-jain Moody
7
Gambar 5 pressure drop pada saluran kosong dan saluran dengan silinder tunggal.
Dalam saluran kosong, headloss yang terjadi hanyalah headloss karena saluran saja. Sedangkan bila dalam saluran tersebut diberi benda uji seperti silinder tunggal maka headloss yang terjadi adalah headloss total dari saluran dan dari saluran kosong sehingga headloss dengan saluran kosong lebih rendah dibandingkan saluran dengan benda uji. Selain itu bila di dalam saluran diberi benda uji seperti silinder tunggal maka aliran akan lebih terhambat daripada saluran kosong sehingga pada saluran dengan benda uji silinder tunggal aliran akan mengalami penurunan pressure yang menyebabkan pressure drop yang semakin besar pada saluran dengan benda uji silinder tunggal.
3.3 Berikut adalah gambar 6 yang menyajikan pressure drop yang dihasilkan oleh saluran dengan benda uji berupa pengganggu dengan permukaan polos dan pengganggu dengan permukaan ulir. Dari gambar yang terlihat maka bisa disimpulkan bahwa dengan meningkatnya angka Reynolds maka pressure drop juga ikut meningkat karena meningkatnya kecepatan akan memicu meningkatnya headloss yang terjadi, yang berarti meningkatkan pula pressure drop yang terjadi.
Pressure Drop Pengganggu Berulir dan Pengganggu Polos
Dari gambar 6 bisa dilihat bahwa nilai pressure drop pengganggu dengan permukaan polos lebih tinggi dari permukaan berulir. Pengganggu dengan permukaan berulir lebih bisa mereduksi pressure drop yang terjadi. Pengganggu ulir di sini lebih bisa untuk menjaga momentum aliran sehingga mampu untuk mengurangi pressure drop yang terjadi dibandingkan dengan pengganggu yang mempunyai permukaan polos.
Gambar 6 pressure drop pengganggu polos dan pengganggu ulir
0
20
40
60
80
100
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
△P(
Pa)
Rehsingle silinder saluran kosong
0
5
10
15
20
25
30
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
△P(Pa)
RehPENG. POLOS PENG. ULIR
8
Penggunaan pengganggu yang berupa silinder dengan permukaan polos dan permukaan berulir di sini juga akan dibandingkan penggunaanya pada silinder dengan susunan tandem jarak S/D=1,5 dan silinder dengan susunan tandem jarak S/D=2,5 dan dilihat bagaimana pengaruhnya serta pengganggu mana yang lebih bisa untuk mereduksi pressure drop.
3.4 Berikut adalah gambar 7 yang menunjukkan perbandingan pressure drop yang terjadi
pada saat aliran melintasi saluran dengan silinder tunggal dalam penelitian ini dengan penelitian Daloglu yang menggunakan diameter yang sam yaitui 25mm. Dari kedua gambar yang ditampilkan mempunyai pola yang sama, yaitu dengan kenaikan angka Reynods maka pressure drop yang terjadi juga akan semakin meningkat. Kenaikan pressure drop tersebut diakibatkan karena kecepatan yang meningkat sesuai dengan kenaikan angka Reynolds. Bila kecepatan meningkat maka akan menaikkan headloss, yang berarti juga akan meningkatkan pressure drop
Pressure Drop Silinder Tunggal.
Dari gambar 7 yang ditampilkan maka bisa dilihat bahwa nilai pressure drop yang diperoleh dalam penelitian Daloglu memiliki nilai yang lebih rendah daripada nilai yang diperoleh dalam percobaan ini, yang dimungkinkan ada beberapa hal yang berbeda dari penelitian Daloglu dan penelitian ini.
Gambar 7 pressure drop silinder tunggal hasil eksperimen dan Daloglu
Perbedaan penelitian yang dilakukan pada penelitian ini dengan penelitian yang dilakukan oleh Daloglu bisa terjadi karena beberapa hal yang mungkin bisa mempengaruhi sehingga terjadi perbedaan tersebut. Hal yang bisa berpengaruh antara lain suhu yang bisa mempengaruhi properti fluida sehingga menyebabkan deviasi yang besar, keadaan dalam windtunnel seperti pemasangan screen yang mungkin berbeda dengan pemasangan pada penelitian Daloglu.
3.5 Berikut gambar 7 yang menyajikan pressure drop yang dihasilkan oleh aliran yang
melintasi saluran dengan susunan benda uji berupa silinder sirkular yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=1,5 yang akan dibandingkan dengan hasil yang diperoleh Daloglu dalam penelitiannya pada susunan benda uji dengan jarak S/D=1,4mm dan diameter 12,5mm. Dari hasil yang diperoleh bisa dilihat bahwa dengan meningkatnya angka Reynolds maka pressure drop juga akan ikut meningkat. Dengan kenaikan angka Reynolds maka kecepatan aliran juga akan menigkat dan akan meningkatkan headloss mayor dan minor yang terjadi sehingga meningkatkan pressure drop.
Pressure Drop Silinder Tandem S/D=1,5
0
20
40
60
80
100
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
ΔP(P
a)
Rehsingle silinder (eksperimen) Alican Daloglu
9
Dari gambar 7 yang terlihat maka bisa dilihat bahwa secara keseluruhan pressure drop yang diperoleh dalam penelitian Daloglu sedikit lebih kecil dibandingkan dengan pressure drop yang dihasilkan dalam penelitian ini.
Perbedaan penelitian yang dilakukan pada penelitian ini dengan penelitian yang dilakukan oleh Daloglu bisa terjadi karena beberapa hal yang mungkin bisa mempengaruhi sehingga terjadi perbedaan tersebut. Selain rasio blockage yang menyebabkan hasil eksperimen lebih besar, yang bisa berpengaruh antara lain suhu yang bisa mempengaruhi properti fluida sehingga menyebabkan deviasi yang besar, Keadaan dalam windtunnel seperti pemasangan screen yang mungkin berbeda dengan pemasangan pada penelitian Daloglu.
Gambar7 pressure drop silinder tandem S/D=1,5
3.6 Berikut adalah gambar 8 yang menyajikan pressure drop yang dihasilkan oleh aliran
yang melintasi saluran dengan susunan benda uji berupa silinder sirkular yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=2,5 yang akan dibandingkan dengan hasil yang diperoleh Daloglu dalam penelitiannya pada susunan benda uji dengan jarak S/D=3.0mm dan diameter 12,5mm. Dari hasil yang diperoleh bisa dilihat bahwa dengan meningkatnya angka Reynolds maka pressure drop juga akan ikut meningkat. Dengan kenaikan angka Reynolds maka kecepatan aliran juga akan menigkat dan akan meningkatkan headloss mayor dan minor yang terjadi sehingga meningkatkan pressure drop.
Pressure Drop Silinder Tandem S/D=2,5
Gambar 8 pressure drop silinder tandem S/D=2,5
0
20
40
60
80
100
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
△P(
Pa)
Reheksperimen Alican Daloglu
0
20
40
60
80
100
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
△P(Pa)
Reh
eksperimen Alican Daloglu
10
Dari gambar 8 yang terlihat di bawah maka bisa dilihat bahwa secara keseluruhan pressure drop yang diperoleh dalam penelitian Daloglu lebih kecil dibandingkan dengan pressure drop yang dihasilkan dalam penelitian ini, tetapi memiliki trendline yang sama.
Perbedaan penelitian yang dilakukan pada penelitian ini dengan penelitian yang dilakukan oleh Daloglu bisa terjadi karena beberapa hal yang mungkin bisa mempengaruhi sehingga terjadi perbedaan tersebut. Selain rasio blockage yang menyebabkan hasil eksperimen lebih besar, yang bisa berpengaruh antara lain suhu yang bisa mempengaruhi properti fluida sehingga menyebabkan deviasi yang besar, Keadaan dalam windtunnel seperti pemasangan screen yang mungkin berbeda dengan pemasangan pada penelitian Daloglu.
3.7
Berikut adalah gambar 9 yang menyajikan pressure drop yang dihasilkan oleh aliran yang melintasi silinder yang tersusun secara tandem dengan S/D=1,5 dan pressure drop yang dihasilkan oleh aliran yang melintasi silinder yang tersusun secara tandem dengan S/D=2,5. Dari kedua gambar yang tampak maka bisa dilihat dengan meningkatnya angka Reynolds maka pressure drop yang dihasilkan juga semakin meningkat. Dengan kenaikan angka Reynolds maka kecepatan aliran juga akan menigkat dan akan meningkatkan headloss yang terjadi sehingga meningkatkan pressure drop seperti yang sudah tertulis pada penjelasan sebelumnya.
Pressure Drop Silinder Tandem S/D=1,5 dengan Silinder Tandem S/D=2,5
Bila dilihat dari gambar 9 maka bisa dilihat nilai pressure drop yang dihasilkan susunan tandem dengan S/D=2,5 lebih besar jika dibandingkan dengan susunan tandem S/D=1,5. Perbedaan antara pressure drop yang dihasilkan silinder dengan jarak S/D=1.5 dan S/D=2.5 dimungkinkan karena perbedaan karakteristik aliran yang melintasi antara kedua konfigurasi tersebut. Hal tersebut mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Alam(2003) yang menggunakan dua silinder tandem dengan berbagai jarak L/D, yang menampilkan koefisien drag dengan variasi berbagai jarak L/D.
Gambar 9 pressure drop silinder tandem S/D=1,5 dengan silinder tandem S/D=2,5
3.8
Berikut adalah gambar 10 yang menyajikan hasil dari pengukuran pressure drop pada saluran dengan silinder tandem jarak S/D=1,5 tanpa pengganggu dan silinder tandem S/D=1,5 yang di depannya diletakkan sebuah pengganggu/disturbance body dengan jarak L/D=2,0 yang mempunyai permukaan polos dan permukaan berulir. Dari kedua gambar yang diperlihatkan berikut maka kecenderungannya adalah dengan meningkatnya angka Reynolds maka pressure
Pressure Drop Silinder Tandem S/D=1,5 tanpa Pengganggu dan Dengan Pengganggu Ulir serta Polos
0
20
40
60
80
100
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
△P(
Pa)
Reh
tandem S/D=1,5 tandem S/D=2,5
11
drop yang dihasilkan juga semakin meningkat. Dengan kenaikan angka Reynolds maka kecepatan aliran juga akan menigkat dan akan meningkatkan headloss yang terjadi sehingga meningkatkan pressure drop seperti yang sudah tertulis pada penjelasan sebelumnya. Bila dilihat dari gambar 10 yang ditampilkan maka bisa dilihat bahwa pressure drop yang dihasilkan oleh susunan silinder yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=1,5 tanpa pengganggu memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan susunan silinder tandem S/D=1,5 yang di depannya terdapat pengganggu polos maupun ulir. Jadi bisa dikatakan bahwa dengan adanya tambahan body pengganggu pada jarak L/D=2,0 dan jarak antara silinder S/D=1,5 efektif dalam menurunkan pressure drop pada aliran.
Pada gambar 10 juga bisa dilihat bahwa nilai pressure drop penggunaan pengganggu polos di depan silinder yang tersusun secara tandem dengan S/D=1,5 lebih tinggi dibandingkan penggunaan pengganggu yang memiliki permukaan ulir. Jadi pengganggu berulir memiliki nilai yang lebih kecil daripada pengganggu polos, yang mengandung arti bahwa penggunaan pengganggu ulir efektif dalam menurunkan pressure drop aliran.
Gambar 10 Pressure drop Silinder Tandem S/D=1,5 tanpa Pengganggu dan Dengan
Pengganggu Ulir serta Polos
3.9
Berikut adalah gambar 11 yang menyajikan hasil dari pengukuran pressure drop pada saluran dengan silinder tandem jarak S/D=2,5 tanpa pengganggu dan silinder tandem S/D=2,5 yang di depannya diletakkan sebuah pengganggu/disturbance body dengan jarak L/D=2,0 yang mempunyai permukaan polos dan permukaan berulir. Dari kedua gambar yang diperlihatkan berikut maka kecenderungannya adalah dengan meningkatnya angka Reynolds maka pressure drop yang dihasilkan juga semakin meningkat. Dengan kenaikan angka Reynolds maka kecepatan aliran juga akan menigkat dan akan meningkatkan headloss mayor dan minor yang terjadi sehingga meningkatkan pressure drop seperti yang sudah tertulis pada penjelasan sebelumnya.
Pressure Drop Silinder Tandem S/D=2,5 tanpa Pengganggu dan Dengan Pengganggu Ulir serta Polos
Bila dilihat dari gambar 11 yang ditampilkan maka bisa dilihat bahwa pressure drop yang dihasilkan oleh susunan silinder yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=2,5 tanpa pengganggu memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan susunan silinder tandem S/D=2,5 yang di depannya terdapat pengganggu polos maupun ulir. Jadi bisa dikatakan bahwa dengan adanya tambahan body pengganggu pada jarak L/D=2,0 dan jarak antara silinder S/D=2,5 sangat efektif dalam menurunkan pressure drop pada aliran.
0
20
40
60
80
100
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
△P(
Pa)
Reh
tandem S/D=1,5tandem S/D=1,5 pengganggu polos
12
Pada gambar 11 juga bisa dilihat bahwa nilai pressure drop penggunaan pengganggu polos di depan silinder yang tersusun secara tandem dengan S/D=2,5 lebih tinggi dibandingkan penggunaan pengganggu yang memiliki permukaan ulir. Jadi pengganggu berulir memiliki nilai yang lebih kecil daripada pengganggu polos yang mengandung arti bahwa penggunaan pengganggu ulir memang efektif dalam menurunkan pressure drop aliran.
Gambar 11 Pressure drop Silinder Tandem S/D=2,5 tanpa Pengganggu dan Dengan
Pengganggu Ulir serta Polos
3.10 Berikut adalah gambar 12 yang menyajikan koefisien drag total yang dihasilkan silinder
tunggal bedasarkan fungsi angka Reynolds, dari gambar yang ditunjukan pada gambar 31 maka bisa dilihat bahwa dari rentang angka Reynolds dari 52100 sampai dengan 156000 maka bisa dilihat bahwa CDt terkecil yaitu dihasilkan oleh angka Reynold 73700 dengan CDt sebesar 0,95. Bisa dilihat juga bahwa CDt terbesar dihasilkan oleh angka Reynold 52100 dengan nilai sebesar 1,05.
Koefisien Drag Total Silinder Tunggal
Gambar12 koefisien drag total silinder tunggal
0
20
40
60
80
100
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
△P(
Pa)
Reh
tandem S/D=2,5
00.20.40.60.8
11.21.41.61.8
2
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
CD
t
Reh
13
3.11 Berikut adalah gambar 13 yang menyajikan koefisien drag total yang dihasilkan oleh
silinder tandem dangan jarak S/D=1,5 dan S/D=2,5. Dari hasil yang diperoleh maka bisa dilihat bahwa dari kedua gambar menunjukkan CDt terbesar dihasilkan oleh angka Reynolds sebesar 52100. Untuk CDt terkecil pada silinder susunan tandem S/D=2,5 yaitu pada angka Reynolds 90200 yaitu sebesar 1,14 dan pada silinder tandem S/D=1,5 yaitu pada angka Reynolds 128000 yaitu sebesar 0,83.
Koefisien Drag Total Silinder Tandem S/D=1,5 dan Silinder Tandem S/D=2,5
Gambar 13 koefisien drag total silinder tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5
Dari hasil yang diperoleh juga didapatkan bahwa CDt yang dihasilkan oleh susunan silinder S/D=1,5 lebih rendah dibandingkan dengan susunan silinder tandem dengan S/D=2,5. Hal tersebut sesuai dengan pressure drop yang telah dibahas sebelumnya yang menyebutkan pressure drop silinder tandem dengan S/D=1,5 lebih rendah dibandingkan dengan silinder tandem dengan S/D=2,5.
3.12
Berikut adalah gambar 14 yang menyajikan koefisien drag yang dihasilkan oleh silinder yang disusun secara tandem pada jarak S/D=1,5 tanpa pengganggu dan dengan pengganggu polos dan ulir. Dari hasil yang diperoleh bisa dilihat bahwa CDt yang dihasilkan silinder tandem tanpa pengganggu lebih besar daripada yang dihasilkan silinder tandem yang di depannya diberi pengganggu berupa silinder kecil polos dan ulir. Jadi penggunaan pengganggu di depan silinder yang tersusun tandem sangat efektif dalam menurunkan CDt yang terjadi atau bisa dikatakan dapat mereduksi gaya hambat secara efektif yang bisa dilihat juga pada sub bab pembahasan pressure drop yang menyebutkan penggunaan pengganggu juga menurunkan pressure drop yang terjadi.
Koefisien Drag Total Silinder Tandem S/D=1,5 tanpa pengganggu dan dengan penggaanggu polos serta ulir
00.20.40.60.8
11.21.41.61.8
2
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
CDt
Rehtandem S/D=1,5 tandem S/D=2,5
14
Gambar 14 koefisien drag total silinder tandem S/D=1,5 tanpa pengganggu dan dengan
pengganggu polos serta ulir.
Dari sini juga bisa dilihat bahwa CDt yang dihasilkan oleh silinder tandem S/D=1,5 dengan pengganggu polos lebih besar dibandingkan dengan pengganggu ulir, berarti bahwa pengganggu dengan permukaan ulir lebih efektif dalam menurunkan CDt karena dimungkinkan permukaan berulir lebih bisa menjaga momentum aliran sehingga menghasilkan CDt lebih kecil. Hal tersebut sesuai dengan penelitian Lee yang mengatakan penggunaan silinder ulir lebih efektif dalam mereduksi CDt daripada silinder polos.
3.13
Berikut adalah gambar 15 yang menyajikan koefisien drag yang dihasilkan oleh silinder yang disusun secara tandem pada jarak S/D=2,5 tanpa pengganggu dan dengan pengganggu polos dan ulir. Dari hasil yang diperoleh bisa dilihat bahwa CDt yang dihasilkan silinder tandem tanpa pengganggu lebih besar daripada yang dihasilkan silinder tandem yang di depannya diberi pengganggu berupa silinder kecil polos dan ulir. Jadi penggunaan pengganggu di depan silinder yang tersusun tandem sangat efektif dalam menurunkan CDt yang terjadi atau bisa dikatakan dapat mereduksi gaya hambat secara efektif yang bisa dilihat juga pada sub bab pembahasan pressure drop yang menyebutkan penggunaan pengganggu juga menurunkan pressure drop yang terjadi.
Koefisien Drag Total Silinder Tandem S/D=2,5 tanpa pengganggu dan dengan penggaanggu polos serta ulir
Gambar 15 koefisien drag total silinder tandem S/D=2,5 tanpa pengganggu dan dengan pengganggu polos serta ulir
0
0.5
1
1.5
2
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
CDt
Rehtandem S/D=1,5
00.20.40.60.8
11.21.41.61.8
2
40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
CDt
Rehtandem S/D=2,5
15
Dari sini juga bisa dilihat bahwa CDt yang dihasilkan oleh silinder tandem S/D=2,5 dengan pengganggu polos lebih besar dibandingkan dengan pengganggu ulir, berarti bahwa pengganggu dengan permukaan ulir lebih efektif dalam menurunkan CDt karena dimungkinkan permukaan berulir lebih bisa menjaga momentum aliran sehingga menghasilkan CDt lebih kecil. Hal tersebut sesuai dengan penelitian Lee yang mengatakan penggunaan silinder ulir lebih efektif dalam mereduksi CDt daripada silinder polos pada angka Reynolds tertentu.
3.14 Pada gambar 16 disajikan distribusi tekanan yang terjadi sepanjang aliran melintasi
silinder tunggal dengan D=25mm yang dibuat bedasarkan fungsi sudut kontur dari 0o sampai dengan 180o dengan pengambilan data setiap 5o. Dari gambar bisa dilihat bahwa titik stagnasi terjadi pada sudut 0o yaitu menghasilkan Cp dengan nilai 1.
Koefisien Tekanan Pada Silinder Tunggal
Gambar 16 koefisien tekanan silinder tunggal
Aliran fluida dari titik stagnasi akan mengalami percepatan hingga pada kecepatan maksimalnya yang ditandai menurunnya Cp hingga sampai pada tekanan minimumnya yaitu pada sudut 65o dengan Cp sebesar (-1,26). Terjadinya percepatan aliran ini disebabkan karena penyempitan stream tube dari titik stagnasi hingga pada titik dengan tekanan minimum. Bila di lihat pada gambar bisa dilihat letak titik separasi terjadi di sekitar sudut 85o dimana setelah titik itu tekanan aliran akan menjadi konstan.
3.15 Pada gambar 17 disajikan gambar distribusi tekanan yang terjadi sepanjang aliran
melintasi silinder tersusun tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5 pada upstream silinder yang dibuat bedasarkan fungsi sudut kontur dari 0o sampai dengan 180o dengan pengambilan data setiap 5o pada angka Reynolds 116000 hidraulic diameter base. Dari gambar bisa dilihat untuk kedua gambar pada sisi upstream titik stagnasi terjadi pada sudut 0o yaitu menghasilkan Cp dengan nilai 1. Aliran fluida dari titik stagnasi akan mengalami percepatan hingga pada kecepatan maksimalnya yang ditandai menurunnya Cp hingga sampai pada tekanan minimumnya yaitu pada sudut 70o dengan Cp sebesar (-2) pada silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 dan pada sudut 70o dengan Cp sebesar (-1,4) pada silinder tandem dengan jarak S/D=2,5. Terjadinya percepatan aliran ini disebabkan karena penyempitan stream tube dari titik stagnasi hingga pada titik dengan tekanan minimum. Bila di lihat untuk kedua gambar letak titik separasi terjadi di sekitar sudut 80o dimana setelah titik itu tekanan aliran akan menjadi konstan.
Koefisien Tekanan Pada Silinder Tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Cp
sudut kontur(θ)Cp single silinder
16
Gambar 18 koefisien tekanan silinder tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5 (upstream)
Gambar 19 menunjukkan koefisien tekanan yang terjadi pada sisi downstream silinder dari silinder yang tersusun tandem pada jarak S/D=1,5 dan jarak S/D=2,5 yang dibuat bedasarkan fungsi sudut kontur dari 0o sampai dengan sudut 180o dengan pengambilan data setiap 5o pada angka Reynolds 116000 hidraulic diameter base. Dari gambar bisa dilihat bahwa aliran dari silinder upstream mengalami attachment pada silinder downstream. Untuk silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 attachment terjadi pada sudut 80o pada silinder downstream sedangkan untuk silinder tandem dengan jarak S/D=2,5 terjadi pada sudut 65o pada downstream silinder dan akan terseparasi lagi pada sudut antara 100o<θ<140o pada downstream silinder hingga tekanan menjadi konstan.
Gambar 19 koefisien tekanan silinder tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5 (downstream)
3
3.16 Pada gambar 20 disajikan koefisien tekanan silinder upstream dari dua buah silinder
sirkular yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=1,5 pada angka Reynolds 116000 hidraulic diameter base yang di depannya diletakkan sebuah pengganggu berupa silinder sirkular kecil dengan diameter 4mm yang memiliki permukaan polos dan permukaan ulir. Dari gambar bisa dilihat untuk kedua gambar pada sisi upstream titik stagnasi terjadi pada sudut 0o yaitu menghasilkan Cp dengan nilai 0,29 untuk silinder tandem S/D=1,5 pengganggu polos dan 0,39 untuk silinder tandem S/D=1,5 pengganggu ulir. Aliran fluida dari titik stagnasi akan mengalami percepatan hingga pada kecepatan maksimalnya yang ditandai menurunnya Cp hingga sampai
Koefisien Tekanan Pada Silinder Tandem S/D=1,5 Dengan Pengganggu Ulir dan Polos
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Cp
sudut kontur(θ)tandem S/D=1,5 tandem S/D=2,5
-2-1.8-1.6-1.4-1.2
-1-0.8-0.6-0.4-0.2
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Cp
sudut kontur(θ)tandem S/D=1,5 tandem S/D=2,5
17
pada tekanan minimumnya yaitu pada sudut 75o dengan Cp sebesar (-2) pada silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 pengganggu polos dan pada sudut 75o dengan Cp sebesar (-1,9) pada silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 pengganggu ulir. Terjadinya percepatan aliran ini disebabkan karena penyempitan stream tube dari titik stagnasi hingga pada titik dengan tekanan minimum. Bila di lihat untuk kedua gambar letak titik separasi masif terjadi di sekitar sudut 90o pada silinder tandem S/D=1,5 pengganggu polos dan sekitar sudut 95o pada silinder tandem S/D=1,5 pengganggu ulir.
Gambar 20 koefisien tekanan silinder tandem S/D=1,5 dengan pengganggu polos dan ulir
(upstream)
Pada gambar 21 disajikan koefisien tekanan silinder downstream dari dua silinder sirkular yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=1,5 pada angka Reynolds 116000 hidraulic diameter base dengan pengganggu polos dan ulir di depannya, yang juga dibuat bedasarkan fungsi dari sudut kontur silinder. Dari grafik yang terlihat maka dua gambar tersebut memiliki titk puncak yang diduga adalah titik attachment pada downstream silinder, yaitu pada sudut 60 dengan Cp sebesar (-0,6) pada silinder tandem S/D=1,5 pengganggu polos dan pada sudut 60 bila menggunakan pengganggu ulir dengan Cp sebesar (-0,57) dan akan terseparasi lagi pada sudut antara 100o<θ<140o pada downstream silinder hingga tekanan menjadi konstan.
Gambar 21 koefisien tekanan silinder tandem S/D=1,5 dengan pengganggu polos dan ulir
(downstream)
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Cp
sudut kontur(θ)tandem S/D=1,5 pengganggu polos
-2-1.8-1.6-1.4-1.2
-1-0.8-0.6-0.4-0.2
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Cp
sudut kontur(θ)tandem S/D=1,5 pengganggu polos
18
3.17
Pada gambar 22 disajikan koefisien tekanan silinder upstream dari dua buah silinder sirkular yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=2,5 pada angka Reynolds 116000 hidraulic diameter base yang di depannya diletakkan sebuah pengganggu berupa silinder sirkular kecil dengan diameter 4mm yang memiliki permukaan polos dan permukaan ulir. Dari gambar bisa dilihat untuk kedua gambar pada sisi upstream titik stagnasi terjadi pada sudut 0o yaitu menghasilkan Cp dengan nilai 0,36 untuk silinder tandem S/D=2,5 pengganggu polos dan 0,41 untuk silinder tandem S/D=2,5 pengganggu ulir. Aliran fluida dari titik stagnasi akan mengalami percepatan hingga pada kecepatan maksimalnya yang ditandai menurunnya Cp hingga sampai pada tekanan minimumnya yaitu pada sudut 75o dengan Cp sebesar (-1,8) pada silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 pengganggu polos dan pada sudut 75o dengan Cp sebesar (-1,7) pada silinder tandem dengan jarak S/D=2,5 pengganggu ulir. Terjadinya percepatan aliran ini disebabkan karena penyempitan stream tube dari titik stagnasi hingga pada titik dengan tekanan minimum. Bila di lihat untuk kedua gambar letak titik separasi masif terjadi di sekitar sudut 90o pada silinder tandem S/D=2,5 pengganggu polos dan sekitar sudut 95o pada silinder tandem S/D=2,5 pengganggu ulir.
Koefisien Tekanan Pada Silinder Tandem Jarak Dengan S/D=2,5 Pengganggu Ulir dan Polos
Gambar 22 koefisien tekanan silinder tandem S/D=2,5 dengan pengganggu polos dan ulir (upstream)
Pada gambar 23 disajikan koefisien tekanan silinder downstream dari dua silinder sirkular yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=2,5 pada angka Reynolds 116000 hidraulic diameter base dengan pengganggu polos dan ulir di depannya, yang juga dibuat bedasarkan fungsi dari sudut kontur silinder. Dari gambar yang terlihat maka dua gambar tersebut memiliki titk puncak yang diduga adalah titik attachment pada downstream silinder, yaitu pada sudut 40 dengan Cp sebesar (-0,46) pada silinder tandem S/D=2,5 pengganggu polos dan pada sudut 40 bila menggunakan pengganggu ulir dengan Cp sebesar (-0,3) dan akan terseparasi lagi pada sudut antara 110o <θ<140o pada downstream silinder hingga tekanan menjadi konstan.
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Cp
sudut kontur(θ)tandemS/D=2,5 pengganggu polos
19
Gambar 23 koefisien tekanan silinder tandem S/D=2,5 dengan pengganggu polos dan ulir (downstream)
3.18 Berikut adalah profil kecepatan dari dua silinder sirkular yang disusun secara tandem
dengan jarak S/D=1,5 dan S/D=2,5. Angka Reynolds yang digunakan dalam pengambilan kecepatan di belakang silinder yaitu sebesar 116000 hidraulic diameter base. Dari gambar yang disajikan bisa dilihat defisit momentum yang terjadi antara kedua susunan karena aliran melintasi susunan silinder tersebut. Kecepatan yang berkurang menunjukkan wake dan defisit momentum yang berpengaruh pada besarnya gaya drag total yang terjadi pada susunan silinder. Dari gambar profil kecepatan bisa dilihat antara silinder tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5 ada perbedaan mengenai luasan defisit momentum yang terjadi, silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 memiliki luasan yang lebih kecil dibandingkan dengan silinder tandem dengan jarak S/D=2,5.
Profil Kecepatan di Belakang Silinder Tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5
Gambar 24 profil kecepatan di belakang silinder tunggal
Hal tersebut menunjukkan bahwa defisit momentum karena aliran melintasi silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 lebih kecil dibandingkan defisit momentum yang terjadi karena aliran melintasi silinder tandem dengan jarak S/D=2,5. Dengan lebih kecilnya defisit momentum yang terjadi karena aliran melintasi silinder dengan jarak S/D=1,5 daripada S/D=2,5 menunjukkan bahwa drag yang terjadi karena aliran melintasi silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 lebih kecil dibandingkan S/D=2,5.
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Cp
sudut kontur(θ)tandem S/D=2,5 pengganggu polos
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000
y/h
U/Umax
profil kecepatan sil. Tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5
tandem S/D=1,5 tandem S/D=2,5
20
3.19
Berikut adalah profil kecepatan dar dua silinder sirkular yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=1,5 dengan menggunakan pengganggu ulir dan polos. Angka Reynolds yang digunakan dalam pengambilan kecepatan di belakang silinder yaitu sebesar 116000 hidraulic diameter base. Dari gambar yang disajikan bisa dilihat defisit momentum yang terjadi antara kedua susunan karena aliran melintasi susunan silinder tersebut. Kecepatan yang berkurang menunjukkan wake serta defisit momentum yang berpengaruh pada gaya drag total yang terjadi pada susunan silinder. Dari gambar profil kecepatan bisa dilihat antara silinder tandem S/D=1,5 dengan pengganggu polos dan ulir ada perbedaan mengenai luasan defisit momentum yang terjadi, silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 dengan pengganggu polos memiliki luasan yang lebih besar daripada dengan pengganggu ulir. Hal tersebut menunjukkan bahwa defisit momentum karena aliran melintasi silinder tandem jarak S/D=1,5 dengan pengganggu polos lebih besar dibandingkan defisit momentum yang terjadi karena aliran melintasi silinder tandem jarak S/D=1,5 dengan pengganggu ulir . Dengan lebih besarnya defisit momentum yang terjadi karena aliran melintasi silinder dengan jarak S/D=1,5 dengan pengganggu polos daripada ulir menunjukkan bahwa drag yang terjadi karena aliran melintasi silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 dengan pengganggu polos lebih besar daripada menggunakan pengganggu ulir.
Profil Kecepatan di Belakang Silinder Tandem S/D=1,5 Dengan Pengganggu Ulir dan Polos
Gambar 25 profil kecepatan dibelakang silinder tandem S/D=1,5 dan S/D=2,5
3.20
Berikut adalah profil kecepatan dar dua silinder sirkular yang disusun secara tandem dengan jarak S/D=1,5 dengan menggunakan pengganggu ulir dan polos. Angka Reynolds yang digunakan dalam pengambilan kecepatan di belakang silinder yaitu sebesar 116000 hidraulic diameter base. Dari gambar yang disajikan bisa dilihat defisit momentum yang terjadi antara kedua susunan karena aliran melintasi susunan silinder tersebut. Kecepatan yang berkurang menunjukkan wake dan defisit momentum yang berpengaruh terhadap besarnya gaya drag total yang terjadi pada susunan silinder. Dari gambar profil kecepatan bisa dilihat antara silinder tandem S/D=2,5 dengan pengganggu polos dan ulir ada perbedaan mengenai luasan defisit momentum yang terjadi, silinder tandem dengan jarak S/D=2,5 dengan pengganggu polos memiliki luasan yang lebih besar daripada dengan pengganggu ulir. Hal tersebut menunjukkan bahwa defisit momentum karena aliran melintasi silinder tandem jarak S/D=2,5 dengan pengganggu polos lebih besar dibandingkan defisit momentum yang terjadi karena aliran
Profil Kecepatan di Belakang Silinder Tandem S/D=2,5 Dengan Pengganggu Ulir dan Polos
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
y/h
U/Umax
profil kcepatan sil.tandem S/D=1,5 dengan pengganggu polos dan ulir
tandem S/D=1,5 pengganggu polos tandem S/D=1,5 pengganggu ulir
21
melintasi silinder tandem jarak S/D=2,5 dengan pengganggu ulir . Dengan lebih besarnya defisit momentum yang terjadi karena aliran melintasi silinder dengan jarak S/D=2,5 dengan pengganggu polos daripada ulir menunjukkan bahwa drag yang terjadi karena aliran melintasi silinder tandem dengan jarak S/D=1,5 dengan pengganggu polos lebih besar daripada menggunakan pengganggu ulir.
Gambar 26 profil kecepatan di belakang silinder tandem S/D=1,5 dengan pengganggu polos
dan ulir
4 Kesimpulan Dari hasil yang dibahas maka bisa disimpulkan beberapa hal penting yaitu sebagai
berikut 1. Dengan meningkatnya angka Reynolds maka akan meningkatkan pressure drop yang
terjadi. 2. Pressure drop pada silinder yang tersusun tandem dengan jarak S/D=1,5 lebih kecil
dibandingkan jarak S/D=2,5 seperti yang telah dikemukakan dalam penelitian Daloglu. 3. Penggunaan disturbance body di depan benda uji utama (main cylinder) mampu untuk
mereduksi pressure drop sebasar 9% (S/D=1,5) dan 13% (S/D=2,5). 4. Penggunaan permukaan ulir pada disturbance body mereduksi pressure drop sebasar 1%
(S/D=1,5) dan 1,7% (S/D=2,5) daripada penggunaan pengganggu dengan permukaan polos.
5. Gaya drag yang terjadi pada silinder yang tersusun tandem dengan jarak S/D=1,5 lebih kecil dibandingkan jarak S/D=2,5.
6. Penggunaan disturbance body di depan benda uji utama (main cylinder) mampu untuk mereduksi koefisien drag sebesar 10,8% (S/D=1,5) dan 15% (S/D=2,5)
7. Penggunaan permukaan ulir pada disturbance body mereduksi koefisien drag sebasar 1,45% (S/D=1,5) dan 2,9% (S/D=2,5) daripada penggunaan pengganggu dengan permukaan polos.
8. Penggunaan disturbance body sangat berpengaruh terhadap titik separasi yang terjadi yaitu tertunda 5o.
9. Penggunaan pengganggu polos dan ulir memberikan defisit momentum yang lebih kecil.
5 Daftar Pustaka 1. Alam, M.M., Sakamoto, H., Moriya, M., & Takai, K., Fluctuating fluid forces acting on two
circular cylinders in a tandem arrangement at a subcritical Reynolds number, Journal of
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
y/h
U/Umax
profil kecepatan sil.tandem S/D=2,5 dengan pengganggu polos dan ulir
tandem S/D=1,5 pengganggu polos tandem S/D=2,5 pengganggu ulir
22
Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol.91, 139-154, 2003 2. Alam, M.M., Sakamoto, H., & Zhou, Y., Effect of a T-shaped plate on reducing in fluid
forces on two tandem cylinders in a cross-flow, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol.96, 525-551, 2006
3. Bell, W.H., Turbulence vs Drag – some further consideration, Ocean Engineering, Vol.10, No.1, PP, 47-63, 1983
4. Daloglu, A. Pressure drop in a channel wiht cylinder in tandem arrangement, International Comunication in Heat and Mass Transfer, Vol.35, 76-83, 2008
5. Danbon, F. & Solliec, C., Aerodynamic Torque of a Butterfly valve-Influence of an Elbow on the time-mean and instantaneous Aerodynamic Torque, Journal of Fluid Engineering, Vol.122, 337-344, 2000
6. Lee, S.J., Lee, S.I., & Park, C.W., Reducing the Drag on a circular cylinder by upstream installation of a small control rod, Fluid Dynamic Research, Vol.34, 233-250, 2004
7. Lee, S.J., Lim, H.C., Han, M., & Lee, S.S., Flow control of circular cylinder with a V-grooved micro riblet film, Fluid Dynamic Research, Vol.37, 246-266, 2005
8. Lee, S.J., & Lim, H.C., Flow control of a Circular cylinder with Longitudinal grooved surface, AIAA Journal, Vol.40, 2027-2037, 2002
9. Tsutsui,T., & Igarashi,T., Drag reduction of a circular cylinder in an air-stream, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics Vol.90, 527-541, 2002
10. Weidman, P.D., Tesis: Wake Transition and Blockage Effect on Cylinder base Pressure, California Institute of Technology, Pasadena, 1968
11. Zdravkovich, M.M., The Effect of interference between circular cylinder in cross flow, Journal of fluid and Structure, Vol.1, 239-261, 1987