PEMBUATAN DAN PENGUJIAN TEROWONGAN ANGIN KECEPATAN RENDAH TIPE TERBUKA (OPEN CIRCUIT LOW SPEED WIND TUNNEL)
ABSTRAK
PEMBUATAN DAN PENGUJIAN TEROWONGAN ANGIN
KECEPATAN RENDAH TIPE TERBUKA
(OPEN CIRCUIT LOW SPEED WIND TUNNEL)
Oleh
AGENG AGUS RIYADI
Dalam menganalisa performa suatu kendaraan bermotor yang perlu diperhatikan
adalah bentuk bodi dari kendaraan itu. Hal ini karena bentuk bodi akan
berpengaruh terhadap gaya-gaya aerodinamis yang terjadi saat kendaraan
dijalankan. Gaya aerodinamis adalah gaya yang timbul oleh adanya gerakan angin
yang timbul di sekeliling benda. Gaya ini terdiri dari gaya angkat (lift), gaya
hambat (drag) dan gaya samping (side). Untuk mengamati dan menganalisa
besarnya gaya-gaya itu dibutuhkan suatu alat yang disebut terowongan angin.
Terowongan angin merupakan alat yang berguna untuk menyelidiki berbagai
fenomena aliran udara, di mana pada saat suatu benda bergerak relatif terhadap
udara maka akan terbentuk medan aliran di dalam dan di luar benda itu. Medan
aliran terdiri dari aliran stream line, laminar dan turbulence. Dengan begitu akan
dapat kita ketahui sifat-sifat aliran dan gaya aerodinamis yang terjadi pada tiap
bentuk benda yang berbeda.
Terowongan angin yang dibuat dalam penelitian ini terdiri dari beberapa bagian
yaitu: settling chamber, contraction cone, test section, diffuser dan drive section.
Terowongan ini dirancang dengan ukuran test section 400 mm x 400 mm, dengan
besar contraction ratio 1 : 9 dan dibuat dengan bahan plat untuk bagian diffuser
sedangkan bagian test section dibuat dari bahan plexi glass. Penelitian dilakukan
dengan 4 macam variasi kecepatan yaitu 4 m/s, 8 m/s, 12 m/s dan 16 m/s.
Pengaturan kecepatan dilakukan dengan mengatur bukaan udara keluar pada
blower. Pengujian dilakukan pada 3 posisi pengujian yang berbeda Pengujian
dilakukan pada 3 posisi pengujian yang berbeda dengan jarak tertentu dari dinding
test section pada sumbu vertikal dan horizontal yaitu pada titik 5 cm, 10 cm, 15
cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm dengan jumlah titik uji sebanyak 49 titik uji.
Dari hasil perancangan dan pengujian yang telah dilakukan serta pembahasan,
didapatkan bahwa profil kecepatan di dalam test section memiliki bentuk yang
seragam pada jarak 50 mm dari dinding test section dan didapatkan pula nilai
bentangan maksimum test section terowongan angin ini sebesar 300 mm. Profil
kecepatan yang paling seragam dan berbentuk simetri terjadi pada posisi uji 2,
dimana keseragaman alirannya mulai terjadi pada jarak 50 mm dari dinding test
section. Terowongan angin ini cocok digunakan untuk pengujian di posisi uji 2
pada kecepatan uji 12 m/s dengan nilai error rata-rata sebesar 2,88 %, dan nilai
error terbaik kedua sebesar 3,18 % didapatkan pada pengujian dengan kecepatan
udara 16 m/s di posisi uji 2. Sedangkan nilai error terbesar 22,42 % terjadi pada
posisi uji 1 dan 3 pada kecepatan pengujian 4 m/s. Rugi head total dari
terowongan angin ini adalah 1,11796 m
Kata kunci :
Gaya aerodinamis, Terowongan angin kecepatan rendah, Test
section, Profil aliran kecepatan, Bentang maksimum test section,
Rugi head.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Saat ini kemajuan teknologi telah merambah dalam semua bidang, termasuk juga
dalam bidang transportasi. Hampir semua orang menggunakan kendaraan
bermotor dalam aktifitas sehari-hari. Banyak hal yang perlu dipertimbangkan
dalam pemilihan kendaraan bermotor, antara lain kebutuhan, model ataupun
performa dari kendaraan itu. Dalam menganalisa performa suatu kendaraan
bermotor yang perlu diperhatikan adalah bentuk bodi dari kendaraan itu. Hal ini
karena bentuk bodi akan akan berpengaruh terhadap gaya-gaya aerodinamis yang
terjadi saat kendaraan dijalankan. Gaya aerodinamis adalah gaya yang timbul
oleh adanya gerakan angin yang timbul di sekeliling benda. Gaya ini terdiri dari
gaya angkat (lift), gaya hambat (drag) dan gaya samping (side). Untuk
mengamati dan menganalisa besarnya gaya-gaya itu dibutuhkan suatu alat yang
disebut terowongan angin.
Terowongan angin merupakan alat yang berguna untuk menyelidiki berbagai
fenomena aliran udara, di mana pada saat suatu benda bergerak relatif terhadap
udara maka akan terbentuk medan aliran di dalam dan di luar benda itu. Medan
aliran terdiri dari aliran stream line, laminar dan turbulence. Dengan begitu akan
dapat kita ketahui sifat-sifat aliran dan gaya aerodinamis yang terjadi pada tiap
bentuk benda yang berbeda. Pengenalan yang tepat dari pengaruh bentuk badan
2
kendaraan dari pada gaya-gaya yang ditimbulkan pada waktu kendaraan itu
bergerak sangat penting artinya pada perencanaan bentuk kendaraan itu sendiri.
Saat ini masyarakat/konsumen menginginkan kendaraan yang bisa bergerak
cepat tapi hemat bahan bakarnya. Dan yang menjadi kendala untuk mendapatkan
kendaraan
berkecepatan
tinggi
adalah
power
mesin
dan
hambatan
angin/aerodinamika. Gaya aerodinamika perlu mendapatkan perhatian karena
semakin kecil tahanan aerodinamika maka kecepatan dari kendaraan bisa
dimaksimalkan.
Wind Tunnel adalah suatu alat uji untuk mengetahui kondisi suatu aliran fluida
yang mengalir melewati suatu objek. Objek yang ingin dipelajari dapat berupa
miniatur pesawat terbang, pesawat ulang alik, mobil dan sebagainya. Di mana
terowongan ini berfungsi menghasilkan aliran angin dengan kecepatan yang
seragam dengan tingkat turbulensi serendah mungkin pada saat aliran mencapai
test section. Keseragaman aliran ini dimaksudkan untuk mempermudah
perhitungan gaya aerodinamis yang terjadi pada benda uji pada saat pengujian.
Dengan aliran yang seragam dan merata pada tiap posisi maka akan terbentuk
aliran laminar, di mana aliran inilah yang akan digunakan dalam pengujian.
Terowongan angin terdiri dari beberapa bagian yaitu: settling chamber,
contraction cone, test section, diffuser dan drive section. Pembuatan terowongan
angin dilakukan dengan standar perancangan terowongan angin skala
laboratorium yang telah ada.
Pengetahuan dan pemahaman mengenai gaya-gaya aerodinamis dan aplikasinya
sangat diperlukan oleh para mahasiswa teknik khususnya mahasiswa jurusan
Teknik Mesin. Alat ini dapat digunakan untuk mempermudah pemahaman para
3
mahasiswa mengenai hal-hal tersebut di atas. Di mana diharapkan alat ini dapat
lebih bermanfaat untuk mahasiswa teknik yang akan mengadakan penelitian
lanjutan yang berkenaan dengan gaya-gaya aerodinamis (drag, lift, side),
fenomena aliran udara ataupun tentang pengembangan terowongan angin itu
sendiri. Tak menutup kemungkinan bahwa nantinya alat ini dapat dijadikan alat
bantu praktikum di laboratorium jurusan Teknik Mesin. Maka dari itu diperlukan
perancangan dan pembuatan terowongan angin sistem terbuka sebagai langkah
awal untuk mewujudkan keinginan peneliti demi memenuhi kebutuhan
mahasiswa fakultas Teknik umumnya dan mahasiswa jurusan Teknik Mesin
khususnya.
B. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah:
1. Merancang dan membuat terowongan angin sistem terbuka dengan kecepatan
aliran fluida rendah (open circuit low speed wind tunnel).
2. Menguji dan menganalisa keseragaman aliran pada test section terowongan
angin hasil rancangan.
C. Batasan Masalah
Batasan-batasan dalam penelitian ini adalah:
1. Terowongan angin yang dibuat merupakan terowongan angin kecepatan
rendah dengan sistem terbuka (open circuit low speed wind tunnel).
2. Pengujian yang dilakukan hanya sebatas pengamatan profil kecepatan di
dalam test section.
4
3. Variasi kecepatan yang digunakan dalam penelitian yaitu, 4, 8, 12 dan 16
m/s.
D. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang akan digunakan adalah berdasarkan standar
sistematika penulisan karya ilmiah Universitas Lampung yaitu:
I. PENDAHULUAN
Menjelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan, batasan masalah dan
sistematik laporan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Berisi tentang teori yang digunakan sebagai dasar dalam pembuatan,
pengujian serta untuk menganalisa segala sesuatu yang berhubungan dengan
penelitian ini.
III. METODOLOGI PENELITIAN
Menjelaskan mengenai metode-metode yang dilakukan penulis dalam
mengumpulkan data-data dan menjabarkan tahapan-tahapan kegiatan yang
dilakukan selama penelitian berlangsung sampai pada penyusunan laporan.
IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang data-data penelitian, perhitungan yang dilakukan serta
pembahasan dari apa yang didapatkan selama penelitian.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
Menjabarkan tentang kesimpulan yang didapat dari penelitian ini dan saran
yang dapat diberikan dari hasil penelitian.
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Dari hasil perancangan dan pengujian yang telah dilakukan serta pembahasan,
didapatkan beberapa kesimpulan yaitu:
1. Profil kecepatan yang paling seragam dan berbentuk simetri terjadi pada
posisi uji 2, dimana keseragaman alirannya mulai terjadi pada jarak 50 mm
dari dinding test section.
2. Bentangan maksimum (panjang daerah dengan aliran seragam) test section
terowongan angin ini sebesar 300 mm dari 400 mm panjang penampang total
test section.
3. Semakin besar kecepatan udara pengujian maka profil aliran udara yang
terbentuk semakin seragam dan merata.
4. Terowongan angin ini cocok digunakan untuk pengujian di posisi uji 2 pada
kecepatan uji 12 m/s dengan nilai error rata-rata sebesar 2,88 %, dan nilai
error terbaik kedua sebesar 3,18 % didapatkan pada pengujian dengan
kecepatan udara 16 m/s di posisi uji 2. Sedangkan nilai error terbesar 22,42
% terjadi pada posisi uji 1 dan 3 pada kecepatan pengujian 4 m/s.
5. Rugi head total dari terowongan angin ini adalah 1,11796 m
70
B. Saran
Adapun saran yang ingin penulis sampaikan untuk penelitian yang lebih baik ke
depannya adalah:
1. Untuk penelitian tahap lanjut, perhitungan getaran yang terjadi pada saat
pengujian perlu dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruhnya
terhadap ketidakseragaman aliran yang terjadi.
2. Untuk tahap selanjutnya, ada baiknya dilakukan studi komparasi terowongan
angin ini dengan terowongan angin yang telah distandarisasi, agar dapat
menganalisa kelebihan dan kekurangannya sehingga bisa diadakan review
untuk kesempurnaan alat.
PEMBUATAN DAN PENGUJIAN TEROWONGAN ANGIN
KECEPATAN RENDAH TIPE TERBUKA
(OPEN CIRCUIT LOW SPEED WIND TUNNEL)
Oleh
AGENG AGUS RIYADI
Dalam menganalisa performa suatu kendaraan bermotor yang perlu diperhatikan
adalah bentuk bodi dari kendaraan itu. Hal ini karena bentuk bodi akan
berpengaruh terhadap gaya-gaya aerodinamis yang terjadi saat kendaraan
dijalankan. Gaya aerodinamis adalah gaya yang timbul oleh adanya gerakan angin
yang timbul di sekeliling benda. Gaya ini terdiri dari gaya angkat (lift), gaya
hambat (drag) dan gaya samping (side). Untuk mengamati dan menganalisa
besarnya gaya-gaya itu dibutuhkan suatu alat yang disebut terowongan angin.
Terowongan angin merupakan alat yang berguna untuk menyelidiki berbagai
fenomena aliran udara, di mana pada saat suatu benda bergerak relatif terhadap
udara maka akan terbentuk medan aliran di dalam dan di luar benda itu. Medan
aliran terdiri dari aliran stream line, laminar dan turbulence. Dengan begitu akan
dapat kita ketahui sifat-sifat aliran dan gaya aerodinamis yang terjadi pada tiap
bentuk benda yang berbeda.
Terowongan angin yang dibuat dalam penelitian ini terdiri dari beberapa bagian
yaitu: settling chamber, contraction cone, test section, diffuser dan drive section.
Terowongan ini dirancang dengan ukuran test section 400 mm x 400 mm, dengan
besar contraction ratio 1 : 9 dan dibuat dengan bahan plat untuk bagian diffuser
sedangkan bagian test section dibuat dari bahan plexi glass. Penelitian dilakukan
dengan 4 macam variasi kecepatan yaitu 4 m/s, 8 m/s, 12 m/s dan 16 m/s.
Pengaturan kecepatan dilakukan dengan mengatur bukaan udara keluar pada
blower. Pengujian dilakukan pada 3 posisi pengujian yang berbeda Pengujian
dilakukan pada 3 posisi pengujian yang berbeda dengan jarak tertentu dari dinding
test section pada sumbu vertikal dan horizontal yaitu pada titik 5 cm, 10 cm, 15
cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm dengan jumlah titik uji sebanyak 49 titik uji.
Dari hasil perancangan dan pengujian yang telah dilakukan serta pembahasan,
didapatkan bahwa profil kecepatan di dalam test section memiliki bentuk yang
seragam pada jarak 50 mm dari dinding test section dan didapatkan pula nilai
bentangan maksimum test section terowongan angin ini sebesar 300 mm. Profil
kecepatan yang paling seragam dan berbentuk simetri terjadi pada posisi uji 2,
dimana keseragaman alirannya mulai terjadi pada jarak 50 mm dari dinding test
section. Terowongan angin ini cocok digunakan untuk pengujian di posisi uji 2
pada kecepatan uji 12 m/s dengan nilai error rata-rata sebesar 2,88 %, dan nilai
error terbaik kedua sebesar 3,18 % didapatkan pada pengujian dengan kecepatan
udara 16 m/s di posisi uji 2. Sedangkan nilai error terbesar 22,42 % terjadi pada
posisi uji 1 dan 3 pada kecepatan pengujian 4 m/s. Rugi head total dari
terowongan angin ini adalah 1,11796 m
Kata kunci :
Gaya aerodinamis, Terowongan angin kecepatan rendah, Test
section, Profil aliran kecepatan, Bentang maksimum test section,
Rugi head.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Saat ini kemajuan teknologi telah merambah dalam semua bidang, termasuk juga
dalam bidang transportasi. Hampir semua orang menggunakan kendaraan
bermotor dalam aktifitas sehari-hari. Banyak hal yang perlu dipertimbangkan
dalam pemilihan kendaraan bermotor, antara lain kebutuhan, model ataupun
performa dari kendaraan itu. Dalam menganalisa performa suatu kendaraan
bermotor yang perlu diperhatikan adalah bentuk bodi dari kendaraan itu. Hal ini
karena bentuk bodi akan akan berpengaruh terhadap gaya-gaya aerodinamis yang
terjadi saat kendaraan dijalankan. Gaya aerodinamis adalah gaya yang timbul
oleh adanya gerakan angin yang timbul di sekeliling benda. Gaya ini terdiri dari
gaya angkat (lift), gaya hambat (drag) dan gaya samping (side). Untuk
mengamati dan menganalisa besarnya gaya-gaya itu dibutuhkan suatu alat yang
disebut terowongan angin.
Terowongan angin merupakan alat yang berguna untuk menyelidiki berbagai
fenomena aliran udara, di mana pada saat suatu benda bergerak relatif terhadap
udara maka akan terbentuk medan aliran di dalam dan di luar benda itu. Medan
aliran terdiri dari aliran stream line, laminar dan turbulence. Dengan begitu akan
dapat kita ketahui sifat-sifat aliran dan gaya aerodinamis yang terjadi pada tiap
bentuk benda yang berbeda. Pengenalan yang tepat dari pengaruh bentuk badan
2
kendaraan dari pada gaya-gaya yang ditimbulkan pada waktu kendaraan itu
bergerak sangat penting artinya pada perencanaan bentuk kendaraan itu sendiri.
Saat ini masyarakat/konsumen menginginkan kendaraan yang bisa bergerak
cepat tapi hemat bahan bakarnya. Dan yang menjadi kendala untuk mendapatkan
kendaraan
berkecepatan
tinggi
adalah
power
mesin
dan
hambatan
angin/aerodinamika. Gaya aerodinamika perlu mendapatkan perhatian karena
semakin kecil tahanan aerodinamika maka kecepatan dari kendaraan bisa
dimaksimalkan.
Wind Tunnel adalah suatu alat uji untuk mengetahui kondisi suatu aliran fluida
yang mengalir melewati suatu objek. Objek yang ingin dipelajari dapat berupa
miniatur pesawat terbang, pesawat ulang alik, mobil dan sebagainya. Di mana
terowongan ini berfungsi menghasilkan aliran angin dengan kecepatan yang
seragam dengan tingkat turbulensi serendah mungkin pada saat aliran mencapai
test section. Keseragaman aliran ini dimaksudkan untuk mempermudah
perhitungan gaya aerodinamis yang terjadi pada benda uji pada saat pengujian.
Dengan aliran yang seragam dan merata pada tiap posisi maka akan terbentuk
aliran laminar, di mana aliran inilah yang akan digunakan dalam pengujian.
Terowongan angin terdiri dari beberapa bagian yaitu: settling chamber,
contraction cone, test section, diffuser dan drive section. Pembuatan terowongan
angin dilakukan dengan standar perancangan terowongan angin skala
laboratorium yang telah ada.
Pengetahuan dan pemahaman mengenai gaya-gaya aerodinamis dan aplikasinya
sangat diperlukan oleh para mahasiswa teknik khususnya mahasiswa jurusan
Teknik Mesin. Alat ini dapat digunakan untuk mempermudah pemahaman para
3
mahasiswa mengenai hal-hal tersebut di atas. Di mana diharapkan alat ini dapat
lebih bermanfaat untuk mahasiswa teknik yang akan mengadakan penelitian
lanjutan yang berkenaan dengan gaya-gaya aerodinamis (drag, lift, side),
fenomena aliran udara ataupun tentang pengembangan terowongan angin itu
sendiri. Tak menutup kemungkinan bahwa nantinya alat ini dapat dijadikan alat
bantu praktikum di laboratorium jurusan Teknik Mesin. Maka dari itu diperlukan
perancangan dan pembuatan terowongan angin sistem terbuka sebagai langkah
awal untuk mewujudkan keinginan peneliti demi memenuhi kebutuhan
mahasiswa fakultas Teknik umumnya dan mahasiswa jurusan Teknik Mesin
khususnya.
B. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah:
1. Merancang dan membuat terowongan angin sistem terbuka dengan kecepatan
aliran fluida rendah (open circuit low speed wind tunnel).
2. Menguji dan menganalisa keseragaman aliran pada test section terowongan
angin hasil rancangan.
C. Batasan Masalah
Batasan-batasan dalam penelitian ini adalah:
1. Terowongan angin yang dibuat merupakan terowongan angin kecepatan
rendah dengan sistem terbuka (open circuit low speed wind tunnel).
2. Pengujian yang dilakukan hanya sebatas pengamatan profil kecepatan di
dalam test section.
4
3. Variasi kecepatan yang digunakan dalam penelitian yaitu, 4, 8, 12 dan 16
m/s.
D. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang akan digunakan adalah berdasarkan standar
sistematika penulisan karya ilmiah Universitas Lampung yaitu:
I. PENDAHULUAN
Menjelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan, batasan masalah dan
sistematik laporan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Berisi tentang teori yang digunakan sebagai dasar dalam pembuatan,
pengujian serta untuk menganalisa segala sesuatu yang berhubungan dengan
penelitian ini.
III. METODOLOGI PENELITIAN
Menjelaskan mengenai metode-metode yang dilakukan penulis dalam
mengumpulkan data-data dan menjabarkan tahapan-tahapan kegiatan yang
dilakukan selama penelitian berlangsung sampai pada penyusunan laporan.
IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang data-data penelitian, perhitungan yang dilakukan serta
pembahasan dari apa yang didapatkan selama penelitian.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
Menjabarkan tentang kesimpulan yang didapat dari penelitian ini dan saran
yang dapat diberikan dari hasil penelitian.
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Dari hasil perancangan dan pengujian yang telah dilakukan serta pembahasan,
didapatkan beberapa kesimpulan yaitu:
1. Profil kecepatan yang paling seragam dan berbentuk simetri terjadi pada
posisi uji 2, dimana keseragaman alirannya mulai terjadi pada jarak 50 mm
dari dinding test section.
2. Bentangan maksimum (panjang daerah dengan aliran seragam) test section
terowongan angin ini sebesar 300 mm dari 400 mm panjang penampang total
test section.
3. Semakin besar kecepatan udara pengujian maka profil aliran udara yang
terbentuk semakin seragam dan merata.
4. Terowongan angin ini cocok digunakan untuk pengujian di posisi uji 2 pada
kecepatan uji 12 m/s dengan nilai error rata-rata sebesar 2,88 %, dan nilai
error terbaik kedua sebesar 3,18 % didapatkan pada pengujian dengan
kecepatan udara 16 m/s di posisi uji 2. Sedangkan nilai error terbesar 22,42
% terjadi pada posisi uji 1 dan 3 pada kecepatan pengujian 4 m/s.
5. Rugi head total dari terowongan angin ini adalah 1,11796 m
70
B. Saran
Adapun saran yang ingin penulis sampaikan untuk penelitian yang lebih baik ke
depannya adalah:
1. Untuk penelitian tahap lanjut, perhitungan getaran yang terjadi pada saat
pengujian perlu dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruhnya
terhadap ketidakseragaman aliran yang terjadi.
2. Untuk tahap selanjutnya, ada baiknya dilakukan studi komparasi terowongan
angin ini dengan terowongan angin yang telah distandarisasi, agar dapat
menganalisa kelebihan dan kekurangannya sehingga bisa diadakan review
untuk kesempurnaan alat.