STUDI EKSPERIMEN KARAKTERISTIK LAPIS BATAS...
Transcript of STUDI EKSPERIMEN KARAKTERISTIK LAPIS BATAS...
STUDI EKSPERIMEN KARAKTERISTIK LAPIS BATAS ALIRAN TURBULEN MELINTASI EMPAT SILINDER
SIRKULAR YANG TERSUSUN SECARA EQUISPACED DENGAN RASIO GAP (G/D) = 0.2
“Studi Kasus Untuk Pengaruh Jarak Antar Silinder di Dekat Dinding Datar (L/D) = 2; 3; 4”
KRESNA ADYTIA PUTRA 2109 100 048
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Wawan Aries Widodo, ST., MT
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH
NOPEMBER SURABAYA
2014
LATAR BELAKANG o banyak aplikasi engineering khususnya pada jaringan
pipa yang berbentuk sirkular atau mendekati sirkular yang didirikan berkelompok.
o Berbagai aplikasi dari silinder sirkular yang membentuk susunan tertentu seperti equispaced, staggered, atau square arrays dan lain-lain.
• Penggunaan Silinder dalam Aplikasi Teknik Contoh aplikasi:
•Pipa bawah laut •Heat Exchanger
LATAR BELAKANG
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
1. Silinder Tunggal Dekat Dinding (Price,dkk. 2002)
2. Silinder Tandem dengan Dinding (Yuwono, dkk. 2010)
3. Silinder Equispaced Tanpa Dinding ( Lam dan Fang. 1995)
PENELITIAN TERDAHULU
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
PENELITIAN PRICE DKK (2002)
• Penelitian S. J. Price, dkk. (2002)
Penelitian Price, dkk (2002) Studi eksperimen yang membahas efek dari variasi jarak dinding terhadap silinder tunggal
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
PENELITIAN PRICE DKK (2002)
Hasil visualisasi aliran untuk (a) G/D = 0,125; (b) G/D = 0,25; (c) G/D = 0,5 ; (d) G/D = 1,5
b
c d
a
PENELITIAN WIDODO DAN YUWONO (2003)
• Variasi jarak transversal (T/D) = 1,5 ; 2
; 2,5 ; dan 3
• Reynolds Number = 6,9x104
PENELITIAN WIDODO DAN YUWONO (2003)
PENELITIAN WIDODO DAN YUWONO (2003)
PENELITIAN YUWONO DKK (2010) PENELITIAN DUA SILINDER TERSUSUN TANDEM DEKAT WALL
• Variasi jarak gap (G/D) = 0,2≤G/D≤0,467
• Jarak antar silinder konstan (P/D) = 1,5
• Reynolds Number = 5,3x104
Distribusi koefisien tekanan (Cp) silinder upstream
Distribusi koefisien tekanan (Cp) silinder downstream
PENELITIAN YUWONO,DKK (2010)
Distribusi koefisien tekanan (Cp) dinding datar
PENELITIAN LAM DAN FANG (1995)
• Variasi jarak antar pusat silinder 1,26 ≤ L/D ≤ 5,80
• Reynolds Number = 12,8x103
• Sudut putar α = 0° - 45°
Distribusi koefisien tekanan (Cp) untuk upstream silinder pada variasi L/D = 1.26; 1,56; 1.76; 2.48; 2.73; 3.10 ;3.58; 4.86; 5.80 pada α = 0°
PENELITIAN LAM DAN FANG (1995)
Distribusi koefisian tekanan (Cp) untuk downstream silinder pada L/D = 1.26; 1,56; 1.76; 2.48; 2.73; 3.10 ;3.58; 4.86; 5.80 pada α = 0°
PENELITIAN LAM DAN FANG (1995)
CD dan CL sililnder equispaced arrangement silinder 1 , silinder 2, ▀ silinder 3, ∆ silinder 4 pada α = 0°
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
PERUMUSAN MASALAH
Sehubungan dengan penelitian yang dilakukan sebelumnya, demi mendapatkan data yang kompleks dilakukan penelitian lebih lanjut berupa :
Dengan variasi jarak L/D = 2; 3; 4
Silinder sirkular Equispaced Jarak G/D
= 0,2 Re = 5,3 x
104
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan Umum : Untuk mengetahui karakteristik dan fenomena yang terjadi jika aliran fluida turbulen melintasi empat silinder sirkular dengan variasi jarak L/D = 2, 3, dan 4 yang tersusun secara equispaced di dekat dinding datar. Tujuan Khusus : 1. Untuk menganalisa koefisien tekanan (Cp), koefisien lift
(Cl), dan koefisien Drag (Cd) empat buah silinder, serta koefisien tekanan dinding datar.
2. Untuk menganalisa distribusi profil kecepatan (u/Umax) di belakang susunan silinder di dekat dinding datar
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
BATASAN MASALAH
Batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Fluida yang digunakan adalah udara dalam keadaan
steady flow, incompressible flow, dan memiliki nilai Reynolds Number sebesar 5,3 x 104.
2. Analisa dilakukan pada empat silinder sirkular yang tersusun secara equispaced yang mempunyai jarak antar silinder (L/D) = 2, 3, 4 dan dinding datar menggunakan wire pada leading edge.
3. Rasio jarak gap (G/D) = 0,2 4. Kemungkinan terjadinya efek perpindahan panas pada
test section wind tunnel dapat diabaikan.
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
SKEMA PENELITIAN
• Bilangan Reynolds = 5,3x104
• Variasi Jarak antar silinder (L/D) = 2; 3; dan 4
• jarak gap (G/D) = 0,2
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
PERALATAN PENELITIAN
• Jenis : subsonic, open circuit wind tunnel
• Bentuk test section : penampang balok
• Panjang : 1780 mm
• Tinggi : 650 mm
• Lebar : 650 mm
BENDA UJI PENELITIAN SILINDER SIRKULAR DAN DINDING DATAR
Diameter : 60 mm Panjang : 650 mm Pressure tap : 4 lubang Bahan : pipa PVC
Panjang : 1200 mm Lebar : 650 mm Bahan : acrylic Tebal : 10 mm Pressure tap : 221 lubang
ALAT UKUR PENELITIAN
Data Logger (DAQ) Pressure Tranduser Thermometer
Pitot Static Tube
Pressure Tap
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
PENGAMBILAN DATA
Skema pengambilan data
DATA YANG INGIN DIDAPATKAN
CP
Empat silinder sirkular Equispaced
Dinding datar (Wall)
Belakang susunan silinder Equispaced
Didapat dari grafik distribusi u/Umax VS y
Distribusi profil kecepatan di
belakang susunan silinder yang
berjarak x/D = 5.5 dan 7.5
Didapat dari data DAQ Logger (mA) yang
dikonversikan menjadi ∆ℎ kemudian diubah menjadi
pressure (P)
Hasil penelitian berupa : Grafik Cp Silinder 1 Grafik Cp Silinder 2 Grafik Cp Silinder 3 Grafik Cp Silinder 4 Grafik Cp Dinding Datar Table Cdp dan Clp Grafik Velocity Profile
Hasil Penelitian
Grafik Silinder 1 (Lower Upstream)
Grafik Silinder 2 ( Upper Upstream)
Grafik Silinder 3 (Lower Downstream)
Grafik Silinder 4 (Upper Downstream)
Grafik Cp Dinding Datar L/D = 2, 3 dan 4
Table CDP dan CLP pada empat Silinder dengan L/D = 2 , 3 dan 4
Silinder 1 Silinder 2 Silinder 3 Silinder 4
L/D Cdp Clp Cdp Clp Cdp Clp Cdp Clp
2 1,4103 0,26 1.294 0.303 0,0821 -0,011 -0.338 1.32
3 1,0149 0,273 0.9892 0,144 0,2213 0,0475 0.223 0.039
4 1,1697 0,34 0,8873 0,08 0,225 0,075 0.3891 0.088
Grafik Profil Kecepatan di Belakang Susunan Silinder L/D = 2, 3 dan 4
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
Kesimpulan di bawah ini menjawab tujuan umum : o Pada jarak antar silinder (L/D) 2, 3 dan 4, terjadi re-attachment di kontur
permukaan sisi lower silinder 3 dari separasi shear layer silinder 1 pada kisaran sudut kontur 315°≤θ≤355o. Re-attachment ini diakibatkan oleh adanya blockage pada dinding yang menyebabkan aliran akan cenderung terbelokkan pada sisi lower silinder 3.
Kesimpulan di bawah ini menjawab tujuan khusus : o Terjadi blockage pada sisi celah silinder 1 untuk rasio gap 0,2. Adanya
blockage pada sisi celah ini menyebabkan sebagian besar aliran menghindari sisi celah dan memilih mengalir melalui sisi upper silinder. Akibatnya, distribusi koefisien tekanan (Cp) antara daerah upper dengan daerah lower belum mencapai kesimetrian.
KESIMPULAN
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
o Pada jarak antar silinder (L/D) 2, 3 dan 4, distribusi koefisien tekanan (Cp) pada kontur permukaan silinder 3 dan silinder 4 untuk G/D 0,2, hampir semuanya berharga negatif. Hal ini diduga akibat adanya separasi massive dari silinder 1 dan silinder 2 yang menimbulkan wake yang melingkupi kontur silinder 3 dan silinder 4.
o Nilai Cdp pada jarak antar silinder 2 memiliki nilai yang cukup jauh berbeda dengan jarak antar silinder 3 dan 4, sedangkan jarak antar silinder 3 dan 4 memiliki kecendrungan konstan, nilai Cdp terbesar terjadi pada silinder 1 di L/D 2, hal ini mengindikasikan bahwa pada posisi tersebut, pengaruh blockage yang ditimbulkan oleh dinding sangat besar, sehingga aliran tidak dapat mengalir secara merata melalui kedua sisi silinder.
KESIMPULAN
New York Office Hobes Boulevard, 689 / 1101
New York - U.S
Boston office 3rd Avenue west side , 1000 / 102
Boston - U.S
Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656
o Nilai Clp pada masing-masing silinder memiliki kecenderungan mendekati nilai nol seiring bertambahnya jarak antar silinder, hal ini menunjukkan bahwa semakin besar jarak antar silinder (L/D) distribusi aliran semakin merata mengalir pada sisi upper maupun sisi lower silinder.
o Terlihat variasi jarak antar silinder (L/D) mempengaruhi profile kecepatan aliran fluida yang melewati silinder, bahwa jarak antar silinder (L/D) 4 dengan x/D = 5.5 mempunyai defisit momentum yang lebih kecil dibandingkan jarak antar silinder (L/D) 2 dengan x/D = 7.5.
KESIMPULAN