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

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 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


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


• 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°


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°


CD dan CL sililnder equispaced arrangement silinder 1 , silinder 2, ▀ silinder 3, ∆ silinder 4 pada α = 0°


New York - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

SKEMA PENELITIAN

• Bilangan Reynolds = 5,3x104

• Variasi Jarak antar silinder (L/D) = 2; 3; dan 4

• jarak gap (G/D) = 0,2


New York - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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 - U.S


Boston - U.S

Toll Free : 08004004440 Phone : 55 41 1432.5656

[email protected]

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

studi eksperimen karakteristik lapis batas...

Documents