ta 3

BAB IPENDAHULUAN

Dalam bidang ilmu aerodinamika, prinsip aliran eksternal melintasi airfoil sangat banyak diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari baik dalam bidang industri maupun transportasi. Airfoil sebagai salah satu bagian yang penting dalam pemodelan aerodinamika, merupakan sebuah body yang memiliki karakteristik stall tertentu. Adanya adverse pressure pada daerah down strem airfoil mengakibatkan gradient kecepatan pada permukaan menjadi nol sehingga terjadi separasi massive pada airfoil. Separasi massive ini menyebabkan pengurangan lift serta peningkatan gaya drag, dan untuk memperbaiki serta meningkatkan performansi tersebut, maka dibutuhkan penelitian dan kajian yang mendalam untuk memperlambat atau menunda terjadinya separasi massive pada airfoil. Penelitian ini dikhususkan untuk mengetahui pengaruh kelengkungan segmen kontur bagian depan terhadap karakteristik aliran melintasi airfoiltidak simetris.

1.1 Latar Belakang. Airfoil stall merupakan masalah utama dalam pemodelan

blade aerodynamic kompresor. Adanya adverse pressure di daerah downstream airfoil akan menyebabkan separasi massiveyang kemudian akan menyebabkan airfoil stall. Gaya lift dan karakteristik stall pada airfoil ditentukan oleh geometrisnya, yang salah satunya adalah segmen kontur bagian depan.

Seperti diketahui, sebelum melintasi sebuah body aliran akan membentur segmen kontur bagian depan. Perubahan segmen kontur bagian depan akan menyebabkan perubahan karakteristik aliran yang mempengaruhi defleksi dan akselerasi aliran, stabilitas dan transisi boundary layer, serta separasi aliran di belakangnya. Selain dipengaruhi oleh segmen kontur bagian depan, sudut datang aliran juga mempengaruhi karakteristik aliran yang melintasi sebuah body.

1

Tugas AkhirKonversi Energi

Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

2

Berbagai penelitian mengenai pengaruh geometri airfoilterhadap karakteristik aliran disekitarnya telah banyak dilakukan. Santoso (2000), meneliti tentang pengaruh tingkat kelangsingan pada airfoil simetris. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perubahan bentuk geometri dari airfoil dapat merubah letak titik separasi, dengan bentuk kontur yang semakin landai distribusi aliran terhadap adverse pressure gradient dapat diperlambat sehingga terjadinya separasi dapat ditunda.

Sedangkan dari penelitian yang dilakukan oleh Sugijopranoto (2004) yaitu dengan melakukan perubahan gradien kontur lower side pada airfoil tidak simetris. Hasil penelitian menunjukkan, airfoil dengan kontur lower side 50% dan 100% di bawah garis chord, mampu menunda terjadinya separasi aliran pada lower sidenya. Selain itu, penambahan gradien kontur lower side juga sangat berpengaruh terhadap akselerasi aliran yang melintasi leading edge menuju upper sidedari airfoil.

Penelitian tentang airfoil dengan modifikasi letak tebal maksimum telah dilakukan oleh Juniardi (2005). Hasil penelitian menunjukkan, bahwa dengan penempatan letak tebal maksimum yang lebih maju ke depan menjadikan aliran mempunyai tingkat distribusi percepatan lebih tinggi. Selain itu, reposisi letak tebal maksimum mengakibatkan letak titik separasi lebih maju ke depan.

Penelitian lain yang bermaksud menjelaskan akselerasi aliran pada plat datar dengan variasi kelangsingan leading edge, juga telah dilakukan oleh Erlangga (2009) dan Fithara (2009). Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanpa angle of attack, semakin besar ketumpulan suatu leading edge akselerasi aliran yang terjadi pada kelengkungan leading edge semakin besar. Namun dengan angle of attack sebesar 10°, semakin kecil ketumpulan leading edge, maka akselerasi aliran yang terjadi pada daerah tersebut semakin kuat.

Dari uraian di atas bahwa tingkat kelangsingan, kontur lower side, letak tebal maksimum, kelngsingan leading edge, dan



3

angle of attack mempengaruhi karakteristik aliran suatu body, maka menarik untuk diteliti lebih lanjut mengenai pengaruh perubahan kelengkungan segmen kontur bagian depan pada airfoil tidak simetris. Pada penelitian ini direncanakan menggunakan dua variasi kelengkungan segmen kontur bagian depan sehingga diharapkan mampu mengetahui pengaruh kelengkungan kontur bagian depan dengan berbagai angle of attack terhadap perubahan tingkat defleksi aliran yang mempengaruhi stabilitas boundary layer serta lebih jauh mengenai separasi aliran di belakang akibat adanya adverse pressure pada daerah down stream airfoil.

1.2 Perumusan MasalahPerubahan kelengkungan segmen kontur bagian depan

dan sudut datang aliran akan mempengaruhi karakteristik aliran yang melintasi upper side dan lower side. Pada bagian upper side, penambahan kelengkungan segmen kontur bagian depan akan membuat defleksi aliran dengan proses akselerasi terjadi lebih kuat akibat konvergensi stream tube yang lebih maju mendekati leading edge, sedangkan medan aliran yang melintasi lower sideakan lebih diperlambat akibat divergensi stream tube yang lebih maju ke depan. Pemberian angle of attack positif akan semakin mempertajam defleksi aliran pada daerah upper side karena titik stagnasi akan bergeser ke arah lower side serta semakin memperlambat aliran di bagian lower side akibat divergensi stream tube yang semakin besar.

Defleksi tajam dengan akselerasi kuat yang terjadi pada bagian upper side melalui penambahan kelengkungan segmen kontur bagian depan akan mempengaruhi instabilitas aliran dalam boundary layer yang mengakibatkan transisi aliran laminarmenjadi turbulent lebih cepat terjadi. Namun defleksi tajam dengan akselerasi kuat yang terjadi lebih awal juga mengakibatkan terjadinya adverse pressure gradient lebih maju ke depan. Diduga untuk angle of attack kecil, profil dengan kontur bagian depan yang lebih lengkung akan dapat mengurangi



4

resiko terjadinya separasi massive. Namun pada angle of attackyang cukup besar, profil dengan kontur bagian depan lebih lengkung akan beresiko mengalami separasi massive lebih awal.

1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari

karakteristik aliran di sekitar airfoil tidak simetris dengan dua macam tingkat kelengkungan segmen kontur bagian depan melalui analisis Cp, distribusi kecepatan, dan oil flow visualization. Tujuan tersebut dapat dicapai dengan cara:

Mengukur distribusi tekanan statis sepanjang permukaan airfoil dengan angle of attack 0°, 2°, 4°, 6°, dan 8°

Melakukan visualisasi aliran dengan metode oil flow visualization pada permukaan airfoil.

1.4 Batasan MasalahBatasan permasalahan yang digunakan agar penelitian yang dibahas tidak

meluas adalah sebagai berikut: Fluida yang digunakan adalah udara dalam kondisi

steady, incompressible, dan uniform pada sisi upstream. Kemungkinan terjadinya perpindahan panas dapat

diabaikan. Efek kekasaran permukaan diabaikan. Profil model airfoil dianggap infinite wing, sehingga

efek ujung tidak dianalisa (aliran 2 dimensi). Wind Tunnel yang digunakan dalam kondisi baik dan

akurat dengan kecepatan dianggap kontan sesuai dengan bilangan Reynolds

(Re) = 98000. Benda uji yang digunakan adalah dua buah airfoil

dengan perbedaan kelengkungan kontur pada bagian depan namun mempunyai kontur yang sama pada bagian belakang.



5

1.5 Manfaat PenelitianManfaat yang diharapkan dari pelaksanaan penelitian ini

adalah mampu memahami dan menjelaskan pengaruh kelengkungan segmen kontur bagian depan dengan berbagai angle of attack terhadap karakteristik aliran pada airfoil tidak simetris.

1.6 Sistematika Penulisan Penulisan tugas akhir ini terbagi dalam beberapa bab yang dapat diperinci sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN Bab ini memuat segala sesuatu yang berhubungan dengan latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penyusunan laporan hasil penelitian.

BAB II TINJAUAN PUSTAKABab ini memuat teori-teori yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan, hasil-hasil dan kesimpulan dari penelitian terdahulu serta berbagai persamaan dan pengertian yang mendukung, serta penelitian terdahulu yang mendukung penelitian tersebut.

BAB III METODE PENELITIANBab ini memuat prosedur pelaksanaan penelitian dan pengambilan data, dimensi benda uji serta spesifikasi peralatan yang digunakan.

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASANBab ini memuat hasil perhitungan yang ditampilkan dalam bentuk grafik dan visualisasi aliran serta analisa dan pembahasan dari hasil penelitian tersebut.

BAB V KESIMPULAN DAN SARANBab ini memuat kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan serta saran-saran yang ditujukan untuk penelitian-penelitian selanjutnya.



6

Halaman ini sengaja dikosongkan

ta 3

Documents