Infotekmesin Vol.
No.
Januari 2025 p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 DOI: 10.
35970/infotekmesin.
2511, pp.
Analisis Intensitas Turbulensi Terhadap Kestabilan Kecepatan Angin Test Section pada Struktur Wind Tunnel Riza Arif Pratama1*.
Muhammad Ikhsan1.
Dhimas Wicaksono3.
Safiq Rieza4.
Munir Zainal Abidin5
1,2,4,5
Program Studi Teknologi Pemeliharaan Pesawat.
Universitas Tunas Pembangunan (UTP) Surakarta Program Studi Rekayasa Mesin.
Sekolah Tinggi Teknologi Kedirgantaraan (STTKD) 1,2,4,5 Jln.
Balekambang Lor No.
1 Banjarsari.
Manahan.
Kota Surakarta 57135.
Indonesia Jl.
Parangtritis No.
5 No.
KM.
Bangunharjo.
Bantul.
Yogyakarta 55187 E-mail: rizaarifp@lecture.
id1, mr.
muhammadikhsan@lecture.
wicaksono@sttkd.
id3, muhammadsafiqreiza2@gmail.
com4, munir.
zainal33@gmail.
Abstrak Info Naskah:
Naskah masuk: 11 November 2024 Direvisi: 22 Januari 2025 Diterima: 31 Januari 2025 Terowongan angin dalam pengujian aerodinamika selalu memiliki ukuran yang sangat besar untuk menghindari adanya intensitas turbulensi yang tinggi.
Analisis intensitas turbulensi digunakan untuk menentukan ukuran terowongan angin yang lebih kecil sesuai standar untuk lebih efisien pada ruangan yang terbatas.
Penggunaan bahan resin fiber epoxy dikarenakan lebih ringan dibandingkan pada aluminium dengan ketebalan 5mm.
Tujuan penelitian menghasilkan terowongan angin dengan ukuran yang kecil dengan intensitas turbulensi yang rendah dan meminimalisir biaya pembuatan yang Metode yang digunakan konstruktif untuk menganalisis desain terowongan angin dalam mengetahui maksimal kecepatan aliran angin pada lokasi tidak melebihi batas intensitas turbulensi.
Hasil analisa didapatkan bahwa desain struktur terowongan angin mempunyai kemampuan menerima aliran angin inlet sebesar 5 m/s dengan maksimal kecepatan aliran angin di lokasi uji sebesar 10,7 m/s.
Desain terowongan angin tidak bisa lebih dari kecepatan maksimal aliran angin pada lokasi uji karena akan menghasilkan intensitas turbulensi di atas 5% yang berpengaruh pada hasil uji.
Abstract Keywords:
wind tunnel.
turbulence intensity.
velocity magnitude.
test section.
Wind tunnels in aerodynamic testing always have very large sizes to avoid high turbulence intensity.
Turbulence intensity analysis is used to determine the size of a smaller wind tunnel to be more efficient in limited space.
The use of epoxy fiber resin material is because lighter than aluminum with a thickness of 5mm.
The purpose of the study was to produce a wind tunnel with a small size with low turbulence intensity and minimize large manufacture costs.
The method used is constructive to analyze the wind tunnel design in determining the maximum wind flow speed at test section does not exceed the turbulence intensity limit.
The results of the analysis showed that the wind tunnel structure design has the ability to receive an inlet wind flow of 5 m / s with a maximum wind flow speed at the test location of 10.
7 m / s.
The wind tunnel design cannot exceed the maximum wind flow speed at the test section because it will produce turbulence intensity above 5% which affects the test result.
*Penulis korespondensi:
Riza Arif Pratama E-mail: rizaarifp@lecture.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Pendahuluan Wind tunnel memiliki parameter yang mampu mempengaruhi kemampuan seperti: permukaan dalam yang halus, kekuatan struktur, tahan getaran, dan kemiringan contraction cone .
Kestabilan aliran angin pada test section harus seragam untuk mengetahui hasil pengujian pada airfoil.
Permukaan bagian dalam diffuser dan contraction cone harus memiliki tingkat kekasaran yang rendah untuk meminimalisir turbulensi .
Struktur Wind tunnel mampu menahan getaran supaya tidak mempengaruhi hasil pengujian pada airfoil .
Struktur wind tunnel harus kokoh untuk membantu mencegah distori atau deformasi yang dapat mempengaruhi akurasi pengukuran.
Kemiringan contraction cone harus mampu berfungsi untuk mengarahkan aliran angin ke bagian test section secara konsisten pada airfoil pada saat pengujian berlangsung .
Aliran angin yang mengalir harus terhindar dari efek gangguan tepi .
dge effec.
sehingga aliran angin seragam dan mengurangi efek turbulensi.
Wind tunnel yang dirancang menggunakan model open Keunggulan open return wind tunnel memiliki kontruksi yang sedehana tanpa harus mengisiolasi aliran angin sehingga tidak perlu pengontrolan suhu dan biaya perawatan yang rendah .
Wind tunnel ini memiliki bagian seperti contraction cone, honey comb, test section, diffuser, dan kaki .
Faktor yang mempengaruhi keadaan aliran angin yaitu kekentalan fluida .
, rapat massa fluida A .
dan luas penampang dari benda .
dalam mengurangi intensitas turbulensi dan keseragaman aliran angin.
Permukaan dalam yang halus pada wind tunnel digunakan untuk mereduksi turbulensi aliran angin di sekitar model uji .
Kondisi aliran angin yang konsisten di sepanjang wind tunnel dilakukan untuk menghindari variabilitas hasil yang disebabkan akibat fluktuasi aliran angin.
Permukaan dalam yang tidak halus akan mempengaruhi distribusi tekanan apabila terjadi gangguan kecil pada saat pengujian .
Kekuatan struktur memperhitungkan beban aerodinamika yang dapat muncul pada saat pengujian.
Struktur yang tidak kokoh akan mengakibatkan fluktuasi aliran angin yang tinggi.
Aliran angin yang tidak stabil diakibatkan adanya pengaruh pada struktur wind tunnel apabila terjadi getaran yang mengakibatkan variasi nilai .
Kemiringan contraction cone dengan sudut 5o dengan menambahkan luas rasio akan menurun kan intensitas turbulensi di bawah 2% .
Sudut kemiringan contraction cone dan diffuser diperkecil disesuaikan dengan luas rasio supaya menjaga aliran angin yang masuk ke test section.
Struktur wind tunnel yang terbuat dari material komposit akan lebih kuat dan ringan dibandingkan dengan aluminium dengan elastisitas jauh lebih tinggi .
, .
Honeycomb dengan lubang berbentuk heksagonal yang digunakan dalam mengurangi turbulensi dan fluktuasi aliran angin yang awalnya tidak teratur menjadi lebih teratur dibandingkan berbentuk kotak dan bulat .
Penggunaan polywood akan mengalami durasi tunggu penurunan aliran angin secara bertahap tetapi memiliki waktu tunggu yang lebih lama supaya distribusi udara seragam .
Pada penelitian lain, struktur wind tunnel berukuran besar mendapatkan nilai intensitas turbulensi pada tingkat medium sebesar 3,14% dengan kecepatan aliran angin yang terbatas pada 5,61m/s .
Wind tunnel jenis tubular open return memiliki intensitas turbulensi sebesar 4% dengan hasil simulasi dan dibandingkan dengan hasil nyata sangat berbeda jauh pada hasil pengujiannya .
Aliran angin yang stabil pada 12m/s tidak akan berpengaruh pada nilai drag dan lift selama Angle of Attack tidak mengalami perubahan.
Tingkat medium pada intensitas turbulensi akan diminimalisir pada struktur wind tunnel yang akan dibuat dengan ukuran yang relatif lebih kecil dan faktor kekasaran yang rendah dengan bahan komposit fiber epoxy.
Penggunaan resin epoxy digunakan karena lebih ringan dibandingkan aluminium dan kayu yang biasanya digunakan dalam pembuatan wind tunnel .
Tujuan penelitian untuk menentukan ukuran wind tunnel yang ukuran lebih kecil dengan intensitas turbulensi pada batas maksimal berbahan komposit fiber epoxy.
Metode Metode konstruktif digunakan untuk melakukan pembuatan struktur wind tunnel dalam meminimalisir turbulensi supaya pada saat pengujian airfoil tidak mempengaruhi drag dan lift.
Diagram alir dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1.
Diagram Alir Tekanan aliran angin yang terdapat di setiap bagian sepanjang wind tunnel ditentukan sesuai prinsip Bernoulli.
Wind tunnel memiliki bagian Ae bagian yang perlu dibuat contraction cone (CC), honeycomb, test section (TS), diffuser (D), dan kaki penopang.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Gambar 2.
Desain Wind Tunnel Gambar 2 menunjukan desain wind tunnel yang dibuat merupakan jenis open-loop .
istem terbuk.
dengan bagian contraction cone, honeycomb, test section, diffuser.
Pada bagian contraction cone dan diffuser yang dibuat menggunakan material komposit resin fiber epoxy.
Material komposit resin fiber epoxy digunakan karena lebih ringan dan kuat terhadap temperatur dibandingankan aluminium .
Dengan ukuran yang kecil wind tunnel akan mampu meredam turbulensi yang diakibatkan aliran angin pada saat dioperasikan, sehingga tidak akan mempengaruhi drag dan lift pada saat pengujian airfoil.
Spesifikasi ukuran yang dibuat sesuai dengan Tabel 1.
Tabel 1 Spesifikasi Wind Tunnel Bagian Panjang Total Wind tunnel Contraction cone Luar Contraction cone Dalam Panjang Contraction cone Material Test section Test section Panjang Diffuser Diffusser Dalam Difusser Luar Diameter honeycomb Specification 1,9 m 920 x 920 mm 400 x 400 mm 500 mm Akrilik 400 x 400 x 400 mm 400 x 400 mm 480 x 480 mm Panjang total wind tunel dihitung mulai dari inlet hingga outlet memiliki panjang 1,9m.
Ukuran panjang wind tunnel sudah diukur untuk memastikan aliran angin yang stabil dan seragam pada saat masuk ke test section.
Turbulensi yang mungkin terjadi pada aliran angin akan diminimalisir agar tidak mempengaruhi akurasi pengukuran gaya .
rag /lif.
Penggunaan honeycomb mampu menurunkan intensitas turbulensi pada wind tunnel .
Gambar 3Gambar 3 merupakan arah aliran angin yang memasuki keseluruhan wind tunnel pada saat dilakukan simulasi intensitas turbulensi dan velocity magnitude.
Gambar 3.
Arah Aliran Angin Test section berukuran 400 x 400mm terbuat dari akrilik transparan supaya pada saat pengujian mampu melihat aliran angin yang mengenai airfoil.
Aliran angin yang mencapai pada bagian test section harus memiliki turbulensi yang rendah .
Turbulensi yang rendah tidak akan mempengaruhi drag dan lift pada saat aliran angin menabrak airfoil pada saat pengujian.
Pengujian akan dilihat hasil drag dan lift melalui alat ukur gaya terkait seberapa besar pengaruh terhadap turbulensi.
Pada bagian test section harus dihitung koreksi rasio blockage dari rasio luas bagian depan dengan luas penampang .
dengan blockage dibawah 10% .
Koreksi rasio di atas 10% akan mengakibatkan distorsi yang akan mempengaruhi nilai pada saat pengujian .
Perenncanaan panjang test section sesuai dengan persamaan diameter (D) .
Persamaan 1 mencari diameter dengan asumsi penampang 0,18m dan hasil desain pada Gambar 4.
D=OoA .
Luas penampang (A.
pada test section:
At = 0,18 A 0,18 = 0,0324m2 Luas penampang yang diketahui akan digunakan untuk mencari diameter hidraulik .
aEa ) untuk menentukan panjang dari bagian test section.
4 A 0,0324
Dh = Oo = Oo0,041 = 0,202m Jadi panjang test section .
ayc ):
Ls = 2 Oo 0,202 = 0,4m Gambar 4 Desain Test Section Gambar 5 menunjukan desain diffuser dalam berukuran 400 x 400mm dan bagian luar 480 x 480mm dengan panjang keseluruhan 1m yang terbuat dari komposit resin fiber Perancangan pada bagian diffuser harus mampu mengurangi kehilangan tekanan total dengan mengompresi aliran angin memiliki fungsi yang sangat penting .
Persamaan 2 digunakan untuk menentukan ukuran diameter axial fan .
ayce ) yang akan dipakai dalam menghasilkan aliran angin pada ujung diffuser.
Pada persamaan 2 menentukan fan p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 area (FA) yang akan dijadikan acuan dalam melihat kebutuhan ukuran diameter kipas yang dibutuhkan.
FA = 4 A A
FA = 4 A 0,0324 = 0,1296m2 Df = Oo
4 A 0,0648
= Oo0,165 = 0,406m Maka, kipas aksial yang akan digunakan dengan diameter 0,406m yang dikonversi menjadi inchi yaitu 16 Luar area keseluruhan (FA.
yang digunakan pada diffuser bagian luar sesuai Persamaan 3.
FAr = FA2 FAr = 0,285 = 0,0812m Luas penampang (A.
pada area kipas dilakukan penghitungan sesuai Persamaan 4 untuk menentukan panjang diffuser sehingga lebih efektif dalam pendistribusian aliran angin.
Ar = Ar = FAr
0,0812
= 2.
0,0324
Maka, panjang diffuser .
aya ) yang akan digunakan dilihat berdasarkan luas penampang kipas (A.
dengan diameter hidraulik .
aEa ), dan sudut pada diffuser .
uE) sesuai dengan Persamaan 5.
ArOe1 LD = Dh .
tan ) Gambar 5 Desain Diffuser Gambar 6 menunjukan contracion cone dibuat dengan ukuran bagian luar 920 x 920mm dan bagian dalam 400 x 400mm dengan sudut A 62o.
Ukuran tersebut memiliki pengaruh pada laju aliran angin di dalam ruang uji yang akan bertambah tergantung luas penampang contraction cone .
Aliran angin harus seragam supaya tidak mempengaruhi pengujian airfoil pada saat mengukur drag dan lift di area test section.
Gangguan dan turbulensi aliran angin perlu diminimalisir dengan meningkatkan kurva contraction cone .
, sehingga mampu menghasilkan aliran angin yang optimal pada saat pengujian airfoil.
Percepatan dan pengurangan aliran angin yang tidak seragam sebagian besar bergantung pada rasio contraction cone .
Contraction cone memiliki ukuran 6 Ae 10 kali dari test section .
menggunakan persamaan 6.
Ac = 8 A At .
Ac = 8 A 0,0324 = 0,5 m 5Oe1 LD = 0,2 .
tan 3A ) 0,25 LD = 0,2 .
= 0,2 .
= 1 m Diffuser menggunakan kemiringan sudut A 3o.
Perencanaan diffuser pada wind tunnel dengan ukuran 2 - 3 kali lebih besar dibandingkan test section .
Penentuan panjang dari diffuser dihasilkan yaitu 1m.
Gambar 6 Desain Contraction cone Pada bagian dalam contraction cone akan ditambahkan honeycomb berbentuk heksagonal dengan ukuran diameter 5mm yang digunakan untuk memecah aliran angin supaya lebih kecil pada saat masuk ke test section.
Penggunaan honeycomb dengan berbentuk lingkaran masih belum terpengaruh pada turbulensi, sehingga menghasilkan aliran angin yang tidak seragam .
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Hasil dan Pembahasan 1 Pengujian Intensitas Turbulensi Wind tunnel dilakukan pengujian intensitas turbulensi yang terjadi pada bagian contraction cone (CC), test section, (TS) dan diffuser (D) dengan titik point berada dibagian tengah pada masing Ae masing bagian dengan metode CFD.
Pemantauan dilakukan untuk mengetahui bagian yang terjadi turbulensi dengan intensitas berbeda tergantung kecepatan aliran angin pada inlet.
Simulasi menggunakan aliran angin inlet mulai dari 1 Ae 10m/s.
Tabel 2 menunjukan intensitas turbulensi pada setiap bagian wind tunnel yang dilalui aliran Tabel 2 Intensitas Turbulensi Aliran angin Intensitas Turbulensi (%) Inlet .
4,42 4,70 4,80 4,92 5,02 5,21 5,32 5,42 5,56 5,63
4,35
4,61
4,78
4,88
4,98
5,16
5,20
5,29
5,32
5,35
4,34
4,52
4,67
4,78
4,86
4,94
5,09
5,12
5,23
5,26
Pengujian disimulasikan untuk mengetahui intensitas turbulensi terhadap maksimal kecepatan aliran angin pada wind tunnel.
Analisis yang dipantau digunakan untuk melihat kecepatan aliran angin yang mampu diterima oleh wind tunel dalam menerima intensitas turbulensi rendah yaitu 5% .
Gambar 6 menunjukan hasil analisis turbulensi yang didapatkan dengan maksimal 4,98 % yang tergolong intensitas turbulensi yang rendah pada bagian TS.
Aliran angin yang diberikan melalui kipas axial, intensitas turbulensi pada CC mulai mengalami penurunan pada saat menuju ke TS dikarenakan melewati bagian D supaya aliran angin diperhalus .
Bagian TS memiliki intensitas turbulensi yang lebih stabil karena tidak mengalami kenaikan yang signifikan.
Bagian D mulai mengalami penurunan karena aliran angin tidak begitu mempengaruhi karena memilki bagian yang lebih panjang.
Batas maksimal inlet yang digunakan hanya 5m/s dikarenakan wind tunnel memiliki ukuran yang lebih kecil di bawah 2m.
2 Pengujian Kecepatan Aliran Angin Tabel 3 menunjukan intensitas turbulensi maksimal 5% menggunakan aliran angin inlet 5 m/s dengan menghasilkan aliran angin pada test section 10,7m/s.
Berdasarkan data simulasi yang dilakukan intensitas turbulensi di atas 5% dianggap akan berpengaruh pada nilai pengujian airfoil .
Maksimal kecepatan aliran angin yang digunakan maksimal 10,7m/s pada saat mencapai bagian TS.
Tabel 3 Kecepatan Aliran Angin TS Aliran Intensitas Aliran angin angin Inlet Turbulensi (%) TS .
4,35 4,61 4,78 4,88 4,98 5,16 5,20 5,29 5,32 5,35
4,14
6,21
8,28
Gambar 8 menunjukkan posisi airfoil untuk pengujian dan penyesuaian sudut serang untuk mengevaluasi drag dan Aliran angin ada TS stabil pada posisi penempatan airfoil .
Saat angin memasuki bagian pengujian, kecepatannya meningkat, dan menurun saat memasuki Nilai inlet akan mengalami kenaikan pada saat pada bagian TS dikarenakan ukuran bagian CC lebih besar .
Rata Ae rata yang dihasilkan aliran angin pada bagian TS sebesar 10,7m/s oleh sebab itu intensitas turbulensi yang terjadi tidak berpengaruh pada kecepatan aliran angin .
Bagian TS sangat penting untuk menghasilkan aliran angin seragam supaya hasil uji lebih akurat.
Airfoil Gambar 8 Kecepatan Aliran Angin .
Gambar 7 Intensitas Turbulensi .
Gambar 9Gambar 9 menjelaskan pada kecepatan aliran angin 5m/s merupakan titik maksimal aman untuk melakukan pengujian yang sesuai dengan kemampuan struktur komposit wind tunnel epoxy.
Kecepatan aliran angin yang tinggi akan berpengaruh pada meningkatnya p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 intensitas turbulensi pada wind tunnel.
Aliran angin tidak seragam apabila terjadi kecepatan angin yang melampaui batas maksimal struktur wind tunnel.
Pola aliran angin yang mengalir ke airfoil tidak akan seragam dan terarah dikarenakan melebihi batas intensitas turbulensi.
sesuai untuk pengujian aerodinamika pada airfoil, dengan menjaga kualitas aliran angin yang stabil dan terkontrol dalam rentang kecepatan inlet yang diuji.
Pembuatan wind tunnel sesuai dengan ukuran tersebut digunakan untuk memastikan ketepatan hasil dari simulasi dengan pemasangan honeycomb heksagonal untuk meminimalisir intensitas turbulensi.
Hasil pengujian nyata pada struktur wind tunnel akan dilakukan dengan memanfaatkan alat ukur gaya untuk memastikan fluktuatif nilai yang terhubung dengan IOT.
Ucapan Terimakasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Pendidikan.
Kebudayaan.
Riset dan Teknologi Republik Indonesia yang telah mendanai penelitian ini melalui Program Penelitian Dosen Pemula pada tahun 2024.
Daftar Pustaka