Eengineering Vol.
13 No.
ISSN : 2587-3859 (Prin.
ISSN : 2549-8614 (Onlin.
Analisis Turbulensi Mobil Hemat Energi Konsep City Car Pada Kecepatan 45 Km/Jam Menggunakan Computational Fluid Dynamics .
Didi Kusaeri .
Program Studi D3 Desain Produk.
Politeknik Muhammadiyah Tegal kusaeri@yahoo.
Abstrak Bentuk bodi mobil sangat mempengaruhi konsumsi bahan bakar, semakin aerodinamis semakin hemat konsumsi bahan bakar.
Penelitian ini dilakukan dengan membuat bodi mobil hemat energi dengan konsep city car dengan maksud mengurangi drag pada saat mobil melaju.
Tujuan penelitian ini juga dimaksudkan untuk mendapatkan karakteristik turbulensi udara pada saat melaju di kecepatan 45 km/jam, karena analisa tersebut sangat berpengaruh terhadap konsumsi energi/bahan bakar.
Penelitian ini dilakukan secara simulasi dengan menggunakan Computational Fluid Dynamic.
Metode turbulance yang digunakan k-A dan menggunakan model meshing tetrahedrans.
Simulasi mobil menggunakan kecepatan 45 km/jam.
Dari data simulasi yang dilakukan diperoleh hasil yakni 0,39 dan karakteristik udara di sekitar mobil pada saat melaju.
Kata kunci: Aerodinamika.
Mobil Hemat Energi.
Computational Fluid Dynamics.
Koefisien drag.
Turbulensi.
Pendahuluan Selama sepuluh tahun terakhir, laju penurunan cadangan minyak bumi sebesar 95 juta barel per tahun, atau dengan kata lain selama 8,5 tahun cadangan minyak gas bumi indonesia akan habis 19,9 tahun .
Hambatan aerodinamis pada kendaraan berpengaruh untuk sebagian besar bahan bakar konsumsi kendaraan dan memberikan kontribusi antara 50% - 60% dari total konsumsi bahan bakar saan melaju.
Mengurangi drag aerodinamis menawarkan solusi untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar dan dengan demikian optimasi bentuk menjadi bagian penting dari proses desain kendaraan secara keseluruhan .
Untuk mengatasi dampak yang ditimbulkan dari kelangkaan ketersediaan minyak, maka pabrikan otomotif di pandang perlu melakukan riset/penelitian dengan model bentuk mobil yang dapat mengurangi hambatan saat melaju yang menyebabkan tumbukan udara sehingga mempengaruhi konsumsi bahan bakar.
Maka dari itu sangat penting dalam merancang sebuah body mobil, salah satunya aspek aerodinamika.
Agar mendapatkan turbulensi udara yang dapat mengurangi drag pada saat mobil melaju.
Karena suatu benda yang bergerak didalam suatu media fluida atau sebaliknya, akan mengalami gaya-gaya yang bekerja .
Demikian juga dengan kendaraan bermotor yang bergerak melalui media udara, selain dipengaruhi oleh interaksi antara mobil dengan jalan/tanah, maka kendaraan tersebut juga akan mengalami gaya-gaya aerodinamis.
Penelitian ini menganalisa turbulensi dari tekanan aliran fluida pada bodi mobil hemat energi dengan konsep city car menggunakan simulasi computational fluids Landasan Teori .
Fluida Fluida didefinisikan sebagai zat yang dapat terdeformasi secara terus menerus apabila fluida tersebut diberikan tegangan geser, walaupun gaya geser yang diberikan tersebut relatif kecil Eengineering Vol.
13 No.
ISSN : 2587-3859 (Prin.
ISSN : 2549-8614 (Onlin.
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1 .
Deformasi benda padat .
akan terjadi jika dikenai tegangan geser, tetapi deformasi yang terjadi pada benda padat tidak berlangsung secara terus menerus seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 .
Gambar 1.
Perilaku .
benda padat .
fluida, jika diberikan gaya geser yang konstan .
Aliran Laminar dan Turbulen Aliran laminar dengan kecepatan pada satu titik tetap atau konstan sepanjang waktu, sementara aliran turbulen pola kecepatan aliran berfluktuasi atau berubah-ubah terhadap waktu.
Adanya fluktuasi kecepatan tersebut menjadikan analisa pada aliran turbulen relatif lebih sulit.
Gaya Aerodinamika Aerodinamika adalah aliran udara yang bergerak di sekitar suatu benda.
Benda apapun yang bergerak menerpa udara menimbulkan gaya aerodinamis.
Aerodinamika bekerja pada mobil yang sedang melaju karena adanya aliran udara yang mengalir di sekitar mobil.
Bentuk bodi mobil yang aerodinamis adalah bentuk mobil yang streamline, atau mengikuti arah aliran fluida.
Berikut ini merupakan beberapa faktor yang mempengaruhi karakteristik aerodinamika .
Gambar 2.
Profil kecepatan aliran laminar dan turbulen .
Bilangan Reynold Bilangan Reynold berbanding terbalik dengan viskositas fluida.
Oleh karena itu, pengaruh friction drag sangat kecil pada bilangan Reynold yang tinggi bahkan dapat diabaikan pada bilangan Reynold yang sangat tinggi.
Drag pada kasus bilangan Reynold yang tinggi biasanya disebabkan oleh pressure drag, sedangkan pada bilangan Reynold yang rendah disebabkan oleh pengaruh friction Friction drag sebanding dengan luas permukaan bodi mobil.
Bodi mobil yang mempunyai luas permukaan yang besar akan mengalami friction drag yang lebih besar.
Hukum Kekekalan Massa Laju pertambahan massa elemen fluida adalah Laju pertambahan massa pada elemen fluida = netto laju aliran massa ke dalam elemen fluida tersebut netto laju aliran massa ke dalam elemen fluida tersebut.
Eengineering Vol.
13 No.
ISSN : 2587-3859 (Prin.
ISSN : 2549-8614 (Onlin.
Gambar 3.
Aliran massa masuk dan keluar dari elemen fluida.
Selanjutnya menghitung laju aliran massa yang melalui elemen fluida yang direpresentasikan dalam komponen densitas, luasan, dan kecepatan arah normal dari bidang yang ditunjukkan pada Gambar 2 Total aliran yang masuk dan keluar dari elemen fluida adalah yuiyuU yui.
uUy.
uUy.
uUy.
yuiyc yuiycu yuiyc yuiyc yuiyuU E.
=0 yccycnyc.
uUycO yuiyc .
Body Mobil Hemat Energi Mobil hemat energi dengan konsep city car merupakan mobil yang dirancang dengan bodi yang aerodinamis agar lebih hemat bahan bakar.
Hal itu dikarenakan semakin menipisnya cadangan minyak mentah sebagai penopang bahan bakar.
Computational fluids dynamics Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah metode perhitungan dengan sebuah control dimensi, luas dan volume dengan memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan perhitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya.
Prinsipnya adalah suatu ruang yang berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi-bagi menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya dinamakan meshing.
Aliran dan perpindahan panas dari berbagai fluida dapat disimulasikan pada bentuk/geometri yang rumit.
Distribusi tekanan, kecepatan aliran, laju aliran massa, distribusi temperatur, dan pola aliran fluida yang terjadi dapat diketahui pada tiap titik yang terdapat dalam sistem yang dianalisa .
Metode Penelitian Langkah pertama adalah membuat model dengan menggunakan perangkat lunak Solidworks Tahun 2014.
Pembuatan model merujuk pada model kendaraan yang sesungguhnya.
Pembuatan model merujuk pada model kendaraan yang sesungguhnya.
Namun pembuatan model sedikit mengalami penyerdanaan, hal ini dimaksudkan agar lebih memahami karakteristik aliran pada Pada gambar 4 menunjukan bentuk mobil pada sebenarnya.
Eengineering Vol.
13 No.
ISSN : 2587-3859 (Prin.
ISSN : 2549-8614 (Onlin.
Gambar 4.
Urban Electric Car Pada gambar 5 menujukan gambar simulasi, dengan spesifikasi: panjang Panjang 2494 mm, lebar 1257 mm dan tinggi 1082 mm.
Gambar 5.
Pemodelan Urban Electric Car .
Computational Domain Gambar 6 menerangkan tentang Daerah komputasi analisa CFD aerodinamika.
Dimensi daerah komputasi dinyatakan dalam L, dimana L adalah panjang dari kendaraan yang akan disimulasikan .
Gambar 6.
Daerah Komputasi Eengineering Vol.
13 No.
ISSN : 2587-3859 (Prin.
ISSN : 2549-8614 (Onlin.
Gambar 7.
Daerah komputasi pada simuasi .
Meshing Penggenerasian mesh dilakukan secara bertahap yaitu membuat mesh pada keseluruhan volume wind tunnel yang telah digabungkan menjadi volume dengan bodi mobil.
Selanjutnya adalah merapatkan mesh di dinding bodi mobil dan jalan dengan melakukan inflation yaitu membuat layer disekitar dinding.
Kemudian membuat geometri kotak yang baru pada design modeller untuk dilakukan proses mesh yang lebih rapat disekitar bodi mobil.
Hal ini dilakukan untuk meningkatkan keakuratan perhitungan pada jenis aliran turbulen.
Gambar 8.
Meshing keseluruha Hasil Penelitian dan Pembahasan Proses Meshing yang dirapatkan dengan Metode Adapsi Y Simulasi ini tentu menginginkan hasil yang benar-benar akurat dan valid.
Dari hasil yang tersaji berikut ini, merupakan simulasi dengan melakukan metode adapsi yakni memperkecil cell dengan metode perlakuan di dekat dinding dengan Standard Wall Function.
Karena nilai batas y untuk standard wall function adalah 30 sampai 60 sehingga untuk y hasil simulasi harus diantara nilai Simulasi ini juga membutuhkan waktu dan daya komputasi yang lebih lama dan besar.
Tabel 1 adalah proses adapsi yang dilakukan pada mobil hemat energi dengan kecepatan 45 km/Jam.
Eengineering Vol.
13 No.
ISSN : 2587-3859 (Prin.
ISSN : 2549-8614 (Onlin.
Tabel 1.
Perubahan Jumlah Cell dengan Metode Adapsi Pada Mobil hemat energi Kecepatan Perlakuan Didekat Dinding Jumlah Cell (Km/Ja.
Mesh Awal 775,712 Adapsi 1
406,9195
Adapsi 2
218,867
45 Km/Jam Adapsi 3
118,7078
Adapsi 4
64,75528
Adapsi 5
56,71168
Nilai Koefisien Drag pada mobil hemat energi Diketahui koefisien drag dari mobil hemat energi dengan konsep city car menunjukan nilai 0,39.
Nilai koefisien drag yang diperoleh termasuk lebih tinggi dibandingkan mobil-mobil urban Oleh karena kedepan perlu dilakukan perbaikan desain bodi mobil agar dapat mengurangi nilai koefisien drag, yaitu dengan:
Bodi mobil dibuat lebih streamline, yaitu bodi mobil mengikuti arah aliran fluida.
Membulatkan sudut-sudut bodi mobil yang dilewati fluida untuk mengurangi separasi.
Karakteristik Aerodinamika Fenomena turbulance pada mobi dengan berbagai kecepatan Turbulence adalah jenis aliran .
as atau caira.
dimana fluida mengalami fluktuasi tidak Dalam aliran turbulace kecepatan fluida pada suatu titik mengalami perubahan dalam besaran dan arah.
Didalam indutri mobil, bentuk aerodinamika mobil merupakan parameter yang Karena nilai Turbulance Kinetic Energy yang rendah mewakili sifat aerodinamika yang lebih baik .
Gambar 9 juga menjelaskan pusaran udara pada bagian belakang mobil.
Setelah aliran udara melewati bodi mobil, terjadi sirkulasi udara di belakang mobi.
Terlihat udara yang berdekatan dengan bodi mobil berkecepatan rendah, kemudian diteruskan kebelakang terdapat sirkulasi aliran yang yang lebih tinggi dengan ditandai dengan warna hijau.
Setelah itu aliran udara kembali rendah sampai benar-benar aliran udara kembali normal.
Gambar 9.
Turbulance yang terjadi pada bodi mobil hemat energi dengan kecepatan aliran 45 km/jam Eengineering Vol.
13 No.
ISSN : 2587-3859 (Prin.
ISSN : 2549-8614 (Onlin.
Kesimpulan Berdasarkan simulasi yang dilakukan dengan kecepatan 45 km/jam diperoleh nilai koefisien drag yakni 0,39.
Dengan hasil tersebut juga menghasilkan gambar tampilan aliran udara pada boby mobil.
Kedepan diharapkan ada penelitian terhadap mobil hemat energi dengan melakukan modifikasi ada bagian bodi mobil, seperti membuat lebih streamline pada bagian depan, mebulatkan sudut pada bagian mobil dan menambahkan spoiler pada bagian belakang mobil.
Daftar Pustaka