TUGAS AKHIR

ANALISA POLA ALIRAN PADA BODI BUS EVONEXT

STANDAR DENGAN EVONEXT MODIFIKASI

MENGGUNAKAN CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC)

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh:

GENDEWA UTOMO

D200130063

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

MOTTO

“Sesungguhnya sesudah kesulitan akan ada kemudahan, maka bila

engkau telah selesai dari satu pekerjaan, kerjakan pula pekerjaan

berikutnya dan hanya kepada tuhan-mu”.

(Q.S Al-Insyirah)

“Sebaik-baiknya manusia adalah yang paling bermanfaat bagi

manusia lainnya”.

(HR. Ath Thabarani, Al Mu’jam Al Awsath No. 5787)

“Don’t quit, suffer now and live the rest of your life as a champion”.

(Muhammad Ali)

“We have one life it will soon be past, what we do for God is all that

will last”.

(Muhammad Ali)

“Tidak ada hal yang sia-sia dalam belajar karena ilmu akan

bermanfaat pada waktunya”

(Penulis)

“Hidup adalah pelajaran tentang kerendahan hati”

(Penulis)

ANALISA POLA ALIRAN PADA BODI BUS EVONEXT STANDAR

DENGAN EVONEXT MODIFIKASI MENGGUNAKAN CFD

(COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC)

Gendewa Utomo, dan Sarjito Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. Ahmad Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email : utomogendewa@gmail.com

ABSTRAKSI Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan pemodelan dan simulasi perilaku aerodinamika pada kendaraan Bus dengan perubahan radius Front Roof dan Rear Roof menggunakan CFD. Penelitian juga dimaksudkan untuk mendeskripsikan fenomena aliran fluida yang terjadi disekitar kendaraan bus. Dalam proses simulasi ini telah dilakukan modifikasi bodi Bus pada radius Front Roof dan Rear Roof, kecepatan divariasikan antara 60 km/jam sampai 140 km/jam. Model dibuat dalam skala asli dimaksudkan untuk mendeskripsikan perilaku aliran di depan maupun di belakang kendaraan bus. Simulasi dilakukan pada kondisi stabil. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai Koefisien Drag terendah terjadi pada Bus Evonext modifikasi radius Front Roof R1000 dan modifikasi radius Rear Roof R350 yaitu sebesar 0.398 dan nilai Koefisien Drag pada bus standar sebesar 0,453. Dapat disimpulkan bahwa modifikasi bus pada bagian Front Roof dan Rear Roof mampu menurunkan gaya hambat yang di terima oleh bus. Kata kunci : Bus, Kecepatan, Koefesien Drag, Aerodinamika, CFD

FLOW PATTERN ANALYSIS IN BODY BUS EVONEXT STANDARD

WITH EVONEXT MODIFICATION USING CFD (COMPUTATIONAL

FLUID DYNAMIC)

GENDEWA UTOMO, and SARJITO

Mechanical Engineering Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. Ahmad Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

Email : utomogendewa@gmail.com

ABSTRACT

The purpose of this research is to model and simulate aerodynamic behavior in

bus vehicles with Front Roof and Rear Roof radius changes using CFD. The

research is also intended to describe the fluid flow phenomena that occured

around the bus vehicle. In this simulation process has been done modification Bus

body on Front Roof and Rear Roof radius, speed varied between 60 km an hour to

140 km an hour. The model made in the original scale is intended to describe the

flow behavior both in front of and behind the bus vehicle. The simulation was

done on steady state condition. The results showed that the lowest coefficient of

Drag occurred on the Bus Evonext modified radius Front Roof R1000 and Rear

Roof R350 radius modification is 0.398 and the value of Drag coefficient on the

standard bus is 0.453. It can be concluded that the modification of the bus on the

Front Roof and the Rear Roof was able to lower the Drag force received by the

bus.

Keywords : Bus, Velocity, Koefisien Drag, Aerodynamics, CFD

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Puji syukur Alhamdulillah atas kehadiran Allah SWT, atas segala

limpahan rahmat dan hidayah-Nya, semoga kita senantiasa dalam

lindungan-Nya. Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada

Rasulullah Muhammad SAW, yang kita jadikan suri tauladan dalam

kehidupan ini. Syukur Alhamdulillah penyusunan Tugas Akhir ini dapat

terselesaikan dengan baik.

Tugas Akhir berjudul “Analisa Pola Aliran Pada Bodi Bus Evonext Standar

Dengan Evonext Modifikasi Menggunakan CFD (Computational Fluid

Dynamic)”, dapat terealisasikan atas dukungan dari berbagai pihak. Untuk

itu pada kesempatan ini penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan

hati ingin menyampaikan rasa terimakasih dan penghargaan yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Ir. Sri Sunarjono, MT, Ph. D, sebagai Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Ir. Subroto, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.

3. Ir. Sarjito, M.T., Ph.D, selaku Pembimbing utama yang telah

memberikan pengarahan, bimbingan, dan saran hingga Tugas Akhir ini

dapat terselesaikan.

4. Ir. Bibit Sugito , M.T , selaku pembimbing akademik yang selalu

memberikan masukan-masukan dan dorongan yang mendukung

kepada penulis.

5. Bapak/Ibu dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu

yang bermanfaat, sehingga penulis dapat mencapai gelar sarjana S-1.

6. Kedua orang tua serta semua keluarga yang telah membesarkan

mendo’akan memotivasi serta membiayai semua kebutuhan penulis

sampai sekarang.

7. Teman seperjuangan (Alif , Aryo, Eko) mahasiswa bimbingan Ir. Sarjito

, M.T ., Ph.D .

8. Rekan-rekan Teknik Mesin khususnya angkatan 2013 dan semua

pihak yang telah membantu dalam penelitian penulisan Laporan Tugas

Akhir ini baik moril maupun materil.

Semoga amal baik semua pihak yang membantu dalam

penyususnan Tugas Akhir ini mendapatkan imbalan dari Allah SWT.

Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak

kekurangan, meskipun telah berusaha untuk mendapatkan hasil yang

terbaik. Segala kritik dan saran yang membangun sangat penulis

harapkan. Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis pada

khususnya dan pembaca pada umumnya.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, 1 Februari 2018

Penulis,

Gendewa Utomo

D 200 130 063

DAFTAR ISI

Halaman Judul ........................................................................................... i

Pernyataan ................................................................................................ ii

Persetujuan .............................................................................................. iii

Pengesahan ............................................................................................. iv

Lembar Soal Tugas Akhir .......................................................................... v

Motto ........................................................................................................ vi

Abstraki ................................................................................................... vii

Abstract .................................................................................................. viii

Kata Pengantar ......................................................................................... ix

Daftar Isi .................................................................................................. xii

Daftar Gambar ........................................................................................ xvi

Daftar Tabel ............................................................................................ xix

Daftar Simbol ........................................................................................... xx

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .......................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ................................................................. 3

1.3 Tujuan Masalah ........................................................................ 3

1.4 Batasan Penelitian .................................................................... 4

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kajian Pustaka .......................................................................... 6

2.2 Dasar Teori ............................................................................... 8

2.2.1 Fenomena Aliran Pada Streamlined Bodi ......................... 8

2.2.2 Lapisan Batas ................................................................. 10

2.2.3 Viskositas ........................................................................ 13

2.2.4 Aliran Lapisan Batas Laminer dan Turbulen .................... 19

2.2.5 Pemisahan Aliran (Separation) ....................................... 22

2.2.6 Drag Gesekan dan Drag Tekanan................................... 23

2.2.7 Koefisien Lift dan Koefisien Drag .................................. ..24

2.2.7.1 Koefisien Lift .................................................... ..24

2.2.7.2 Koefisien Drag .................................................. ..25

2.2.8 Fenomena Aerodinamika Kendaraan Darat .................... 25

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ......................................................... 29

3.2 Persiapan Alat ...................................................................... 29

3.3 Gambar Asli .......................................................................... 30

3.4 Pembuatan Desain ............................................................... 30

3.4.1 EVONEXT standar ....................................................... 31

3.4.2 EVONEXT modifikasi Front Roof ................................. 31

3.4.3 EVONEXT modifikasi Rear Roof .................................. 32

3.5 Simulasi Streamline .............................................................. 32

3.5.1 Import File .................................................................... 32

3.5.2 Boundary Condition ...................................................... 33

3.5.3 Meshing ....................................................................... 33

3.5.4 Setup Kondisi Batas Boundary ..................................... 36

3.5.5 Proses Solver ............................................................... 37

3.5.6 Simulasi Hasil Solving .................................................. 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisi data ............................................................................ 40

4.1.1 Data Gaya Drag dan Lift Pada Bus Evonext Modifikasi

Radius Front Roof ...................................................... 40

4.1.2 Data Gaya Drag dan Lift Pada Bus Evonext Modifikasi

Radius Front Roof ...................................................... 41

4.2 Perhitungan Koefisien Drag dan Koefisien Lift ....................... 41

4.2.1 Perhitungan Koefisien Drag Bodi Bus Standar dan

Modifikasi ................................................................... 41

4.2.1.1 Perhitungan Koefisien Drag

Bus Standar ..................................... 42

4.2.1.2 Perhitungan Koefisien Drag

Bus Evonext Modifikasi Front Roof .. 43

4.2.2 Perhitungan Koefisien Lift Bodi Bus Standar

dan Modifikasi..................................................... 46

4.2.2.1 Perhitungan Koefisien Lift Bus

Standar ............................................ 47

4.2.2.2 Perhitungan Koefisien Lift

Bus Evonext Modifikasi Front Roof

R1000 .............................................. 47

4.2.3 Perhitungan Koefisien Drag Bodi Bus

Modifikasi Rear Roof .......................................... 50

4.2.3.1 Perhitungan Koefisien Drag model

standar dengan menggunakan radius

Front Roof R1000............................. 50

4.2.3.2 Perhitungan Koefisien Drag model

R350 dengan menggunakan radius

Front Roof R1000............................. 51

4.2.4 Perhitungan Koefisien Lift Bodi Bus Evonext

Modifikasi Rear Roof .......................................... 54

4.2.4.1 Perhitungan Koefisien Lift variasi

radius belakang R350 dengan

menggunakan radius Front Roof

R1000 .............................................. 55

4.2.4.2 Perhitungan Koefisien Lift variasi

radius belakang R350 dengan

menggunakan radius Front Roof

R1000 .............................................. 55

4.3 Studi Hubungan Variasi Kecepatan terhadap Koefisien Drag

dan Koefisien Lift Bus Evonext Modifikasi ............................... 58

4.3.1 Perhitungan Koefisien Drag dan Koefisien Lift .............. 58

4.3.1.1 Perhitungan Koefisien Drag Bodi Bus Evonext

Modifikasi kecepatan 60 km/jam .................. 59

4.3.1.2 Perhitungan Koefisien Lift Bodi Bus Evonext

Modifikasi kecepatan 60 km/jam .................. 60

4.4 Pola Aliran di Sekeliling Bus ................................................... 61

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ............................................................................. 65

5.2 Saran ...................................................................................... 66

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Benda dua dimensi ................................................................ 9

Gambar 2.2 Benda tiga dimensi................................................................. 9

Gambar 2.3 Benda axymetric .................................................................. 10

Gambar 2.4 Lapisan batas viskos tipis pada suatu benda tipis dalam aliran

dengan bilangan Reynolds tinggi ............................................................. 11

Gambar 2.5 Profil lapis batas sepanjang plat datar tipis .......................... 12

Gambar 2.6 Profil aliran Eksternal ........................................................... 15

Gambar 2.7 Aliran sekitar kendaraan ...................................................... 16

Gambar 2.8 Titik Stagnasi pada mobil ..................................................... 18

Gambar 2.9 Aliran Laminar ...................................................................... 19

Gambar 2.10 Profil lapis batas sepanjang plat datar tipis ........................ 20

Gambar 2.11 Aliran Turbulen ................................................................... 21

Gambar 2.12 Pemisahan aliran lapisan batas di dinding ......................... 22

Gambar 2.13 Profil komponen Drag ........................................................ 23

Gambar 2.14 Pola Streamline pada mobel mobil Artega GT .................. 26

Gambar 2.15 Pola Streamline pada model truk trailer .............................. 26

Gambar 2.16 Pola Streamline pada model mobil sedan .......................... 27

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ......................................................... 31

Gambar 3.2 Bus EVONEXT ..................................................................... 30

Gambar 3.3 Bus Standar ......................................................................... 31

Gambar 3.4 Bus Evonext Modifikasi Front Roof ........................................ 31

Gambar 3.5 Bus Evonext Modifikasi Terbaik ........................................... 32

Gambar 3.7 Import File desain Bus ......................................................... 32

Gambar 3.8 Proses Boundary Condition pada Geometry ......................... 33

Gambar 3.9 Proses Meshing pada langkah Meshing ............................... 34

Gambar 3.10 Posisi kondisi batas untuk domain komputasi .................... 37

Gambar 3.11 Hasil proses Solver pada Ansys 15.0 CFX-Solver .............. 38

Gambar 3.12 Gambar visualisasi hasil simulsi dengan Ansys 15.0 CFX-

post model ............................................................................................... 39

Gambar 4.1 Hubungan variasi radius Front Roof Bus Evonext Modifikasi

dengan Koefisien Drag Bus ..................................................................... 44

Gambar 4.2 Hubungan variasi radius Front Roof Bus Evonext Modifikasi

dengan Koefisien Lift Bus ......................................................................... 48

Gambar 4.3 Hubungan variasi radius Rear RoofBus Evonext Modifikasi

dengan Koefisien Drag Bus .................................................................... 52

Gambar 4.4 Hubungan variasi radius belakangatas Bus Evonext

Modifikasi dengan Koefisien Lift Bus ...................................................... 56

Gambar 4.5 Hubungan variasi kecepatan Bus Evonext Modifikasi dengan

Koefisien Drag Bus .................................................................................. 59

Gambar 4.6 Hubungan variasi kecepatan Bus Evonext Modifikasi dengan

Koefisien Lift Bus ..................................................................................... 61

Gambar 4.7 Sreamline disekitar Bus Kecepatan 80 km/jam .................... 62

Gambar 4.8 Vektor kecepatan 80 km/jam ................................................ 63

Gambar 4.9 Kontur Tekanan pada kecepatan 80 km/jam ........................ 64

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Jumlah Mesh Statistics model Bus EVONEXT Standar........... 35

Tabel 3.2 Jumlah Mesh Statistics model Bus EVONEXT Modifikasi ........ 35

Tabel 3.3 Kondisi batas untuk kondisi steady .......................................... 37

Tabel 4.1 Tabel Gaya Drag dan Gaya Lift Bus Evonext Modifikasi Front

Roof ........................................................................................................ 40

Tabel 4.2 Tabel Gaya Drag dan Gaya Lift Bus Evonext Modifikasi Rear

Roof ......................................................................................................... 41

Tabel 4.3 Hasil Koefisien Drag Bus Evonext Modifikasi Front Roof ......... 43

Tabel 4.4 Hasil Koefisien Lift Bus Evonext Modifikasi Front Roof ............ 48

Tabel 4.5 Hasil Koefisien Drag Bus Evonext Modifikasi Rear Roof .......... 52

Tabel 4.6 Hasil Koefisien Lift Bus Evonext Modifikasi Rear Roof ............. 59

Tabel 4.7 Hasil Koefisien Drag Bus Evonext Modifikasi variasi Kecepatan59

Tabel 4.8 Hasil Koefisien Lift Bus Evonext Modifikasi variasi Kecepata ... 60

DAFTAR SIMBOL

CD = Koefisien Drag

CL = Koefisien Lift

D = Gaya Drag (Newton)

L = Gaya Lift (Newton)

AD = Frontal Area depan (m2)

AL = Frontal Area bawah (m2)

U = Kecepatan Udara (m/s)

ρ = Densitas Udara (Kg/m3)