Analyze of Dimple Effect Implemented in Flat Plate for ...repository.its.ac.id/71765/1/4207100084-Undergraduate Thesis.pdf · fluida bergerak mengikuti garis lurus, kecepatan fluidanya

Analyze of Dimple Effect Implemented in Flat Plate for Fluid Flow

to Support Marine Technolgy Approach with CFD

NamaMahasiswa : PujiKurniawanNizar NRP : 4207 100 084 Jurusan : TeknikSistemPerkapalan DosenPembimbing : 1. IrfanSyarifArief ST. MT. 2. EdiJatmiko ST. MT. Abstrak

Form hull is the most important thing in the ship building.Basically forms it regarded by ship function that will be built.In this research writer intentionally to do attemptanalysis on flat plate that its following is expected gets to be applied on hull.In this research will do attempt on flat plate that will do a little modification by forms hollows on that plate.this research intent is to reduce friction drag because of fluid flow on that plate.This research is done byusing Ansys CFD method. Key Words:dimple; flat plate; ANSYS CFD.

“Halamaninisengajadikosongkan”

ANALISA PENGARUH CEKUNGAN YANG DITERAPKAN PADA PLAT DATAR

TERHADAP ALIRAN FLUIDA UNTUK MENDUKUNG TEKNOLOGI MARITIM PENDEKATAN CFD

NamaMahasiswa : PujiKurniawanNizar NRP : 4207 100 084 Jurusan : TeknikSistemPerkapalan DosenPembimbing : 1. IrfanSyarifArief ST. MT. 2. EdiJatmiko ST. MT. Abstrak

Bentuk lambung kapal adalah salah satu bagian penting dalam pembangunan sebuah kapal.Pada dasarnya bentuk ini dipengaruhi oleh fungsi dari kapal yang akan dibangun.Dalam penelitian ini penulis bermaksud untuk melakukan percobaan pada plat datar yang nantinya diharapkan dapat diaplikasikan pada lambung kapal.Dalam penelitian ini akan dilakukan analisa percobaan pada plat datar konvensional yang akan dilakukan sedikit modifikasi dengan cara membentuk cekungan-cekungan pada plat tersebut.Penelitian ini bertujuan untuk dapat mengurangi gaya gesek yang terjadi antara akibat adanya kecepatan aliran fluida yang bergesekan langsung dengan sisi plat tersebut.Sedangkan pada umumnya plat konvensional biasanya mulus tanpa adnya lekukan/cekungan. Peneltian ini dilakukan dengan menggunakan metode Ansys CFD. Kata kunci:cekungan; plat datar; ANSYS CFD.


5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aliran Fluida

2.1.1Laminer Adalah aliran fluida yang ditunjukkan dengan gerak partikel-partikel fluidanya sejajar dan garis-garis arusnya halus.Dalam aliran laminer, partikel-partikel fluida seolah-olah bergerak sepanjang lintasan-lintasan yang halus dan lancar, dengan satu lapisan meluncur secara mulus pada lapisan yang bersebelahan.Sifat kekentalan zat cair berperan penting dalam pembentukan aliran laminer.Aliran laminer bersifat steady maksudnya alirannya tetap.“Tetap” menunjukkan bahwa di seluruh aliran air, debit alirannya tetap atau kecepatan aliran tidak berubah menurut waktu. Aliran fluida pada pipa, diawali dengan aliran laminer kemudian pada fase berikutnya aliran berubah menjadi aliran turbulen.Fase antara laminer menjadi turbulen disebut aliran transisi.Aliran laminar mengikuti hukum Newton tentang viskositas yang menghubungkan tegangan geser dengan laju perubahan bentuk sudut.Tetapi pada viskositas yang rendah dan kecepatan yang tinggi aliran laminar tidak stabil dan berubah menjadi aliran turbulen. Bisa diambil kesimpulan mengenai ciri- ciri aliran laminar yaitu: fluida bergerak mengikuti garis lurus, kecepatan fluidanya rendah, viskositasnya tinggi dan lintasan gerak fluida teratur antara satu dengan yang lain.

Gambar 2.1 Gambar yang menunjukkan jenis aliran laminer[4]

6

2.1.2Turbulen Kecepatan aliran yang relatif besar akan menghasilakan aliran yang tidak laminar melainkan komplek, lintasan gerak partikel saling tidak teratur antara satu dengan yang lain. Sehingga didapatkan Ciri dari lairan turbulen: tidak adanya keteraturan dalam lintasan fluidanya, aliran banyak bercampur, kecepatan fluida tinggi, panjang skala aliran besar dan viskositasnya rendah. Karakteristik aliran turbulen ditunjukkan oleh terbentuknya pusaran-pusaran dalam aliran, yang menghasilkan percampuran terus menerus antara partikel partikel cairan di seluruh penampang aliran. Untuk membedakan aliran apakah turbulen atau laminer, terdapat suatu angka tidak bersatuan yang disebut Angka Reynold (Reynolds Number). Angka ini dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

Menurut hasil percobaan oleh Reynold, apabila angka Reynold kurang daripada 2000, aliran biasanya merupakan aliran laminer.Apabila angka Reynold lebih besar daripada 4000, aliran biasanya adalah turbulen.Sedang antara 2000 dan 4000 aliran dapat laminer atau turbulen tergantung pada faktor-faktor lain yang mempengaruhi.

Gambar 2.2 Gambar yang menunjukkan jenis aliran turbulen[4]

7

2.2 Konsep Teoritis Lapisan Batas

Lapisan batas (boundary layer) memrupakan suatu konsep untuk aliran yang terhambat, pertama kali diperkenalkan oleh Prandtl dalam thun 1904. Lapisan batas dapat dianalisa, dimana profil kecepatnya dapat berkembang yang berbanding lurus dengan jarak dari penampang.Hal ini dapat dijumpai pada suatu penampang,profil kecepatan pada awal penampang akan terbentuk seragam,dan kemudian lambat laun sepanjang penampang akan mengalami perubahan profil kecepatan karena gaya-gaya gesekan telah memperlambat fluida di dekat dinding penampang.Kecepatan akhir yang terkembang penuh tercapai. Pada daerah masuk, fluida dekat tengah-tengah penampang tampaknya tidak dipengaruhi oleh gesekan.sedangkan fluida pada dinding telah dipengaruhi oleh gesekan. Daerah dimana efek gesekan terlihat dengan jelas disebut titik lapisan batas(separation point). Sewaktu fluida sudah berada pada separation point, lapisan batas ini tumbuh dan akhimya memenuhi seluruh panjang penampang. 2.2.1 Aliran viscous

Berdasarkan gambar 2.3 dan 2.4 yaitu aliran fluida pada pelat rata, gaya viscous dijelaskan dengan tegangan geser t diantara lapisan fluida dengan rumus:

t = m ௗ௨ௗ௬

dimana: m = viskositas dinamik u = kecepatan

8

Gambar 2.3 Sketsa yang menunjukkan daerah aliran lapisan batas yang berbeda

pada pelat rata.[2]

Gambar 2.4 Profil kecepatan laminar pada pelat rata.[2]

Daerah aliran yang bergerak dari sisi pelat d tempat observasi

viskositas disebut lapisan batas (boundary layer). Pertama-tama perkembangan lapisan batas adalah laminar namun pada suatu jarak kritis dari sisi awal pelat,bergantung pada medan aliran dan sifat fluida, terjadi gangguan dan gangguan ini akan diperkuat, dan proses transisi terjadi hingga aliran menjadi turbulen. Daerah turbulen ini bisa digambarkan sebagai sebuah gaya kocok yang bekerja sehingga bagian fluida akan bergerak bolak balik.

Angka Reynold kritis untuk transisi aliran dari laminar ke turbulen secara teoritis diambil 4 x 105, dalam prakteknya harga ini bergantung pada kondisi kekasaran permukaan dan tingkat turbulensi aliran bebas.Kisaran normal untuk mulainya daerah transisi antara 4 x 105 sampai dengan 106.

Dengan adanya disturbansi yang sangat besar di dalam aliran, transisi bisa mulai terjadi pada bilangan Reynold serendah 105, dan untuk aliran yang bebas dari adanya fluktuasi, daerah transisi bisa terjadi pada bilangan Reynold 2 x 106 atau lebih.

9

2.3Dimple Bola yang digunakan pada olahraga golf memiliki bentuk dan

konfigurasi yang khusus, yaitu permukaannya yang memiliki dimple-dimple kecil, Bentuk ini ternyata memiliki pengaruh pada aerodinamika dari bola golf tersebut. Bola golf dibuat berlubang-lubang untuk membuat pergeseran lapisan pada udara semakin lambat karena ada lapisan kecil pada alur/lubang bola pada permukaan sehingga memperpanjang jarak geseran lapisan udara pada lapisan paling dekat pada permukaan, jadi kecepatan udara pada permukaan naik sehingga beda kecepatan dengan lapisan diatasnya lebih kecil hal ini juga dapat mengurangi timbulnya turbulensi pada bagian akhir bola. Umumnya bola golf mempunyai 300-500 dimple dengan kedalaman rata sekitar 0.01 inci.gaya angkat (lift) dan gaya hambat (drag) pada bola golf sangat sensitif terhadap kedalaman dimple

Gambar2.5 Gambar yang menunjukkan aliran udara pada permukaan dimple[1]

2.4 Drag Gaya hambat adalah komponen gaya fluida pada benda yang

searah dengan arah aliran fluida atau gerakan benda. Gaya hambat dibedakan menjadi gaya hambat bentuk (form drag) dan gaya hambat gelombang (wave drag). Dengan pendekatan bahwa pada aliran tidak timbul gelombang maka pembahasan gaya hambat hanyalah gaya hambat bentuk saja, untuk selanjutnya

10

disebut gaya hambat Dari analisa tanpa dimensi dapat ditentukan gaya hambat diduga merupakan fungsi sebagai berikut : Parameter tanpa dimensi tersebut dinyatakan sebagai koefisien gaya hambat, CD pada persamaan dibawah ini :

CD= Koefisien hambatan FD =Gaya hambatan Massa jenis udara = ߩU = Kecepatan benda 3,14 = ߨD = Diameter

Ada dua drag yang terjadi pada bola golf, yaitu skin friction drag (gaya hambat akibat gesekan dengan udara degan bola) dan pressure drag (gaya hambat akibat olakan aliran dibelakang bola). Pada bola licin, aliran dari depan akan bola terbelah ke sekitar bola, bergerak ke belakang, namun aliran terlepas sebelum sampai diujung belakang, dan terjadi ulakan2 kecil dibelakang bola. Alirannya adalah aliran laminar. Pada bola golf yang memiliki dimple, pelepasan aliran ini ini dapat ditunda, artinya titik pelepasan aliran dapat dapat digeser lebih ke belakang, olakannya pun lebih sedikit. Aliran pada bola dengan dimple adalah aliran turbulen. Pressure drag pada aliran turbulen lebih kecil dari aliran laminer. Jadi, dengan memberi dimple pada bola (menambahkan kekasaran/roughness) memang akan meningkatkan skin friction drag, tetapi pengurangan/reduksi terhadap pressure drag nya jauh lebih besar, sehingga drag totalnya lebih kecil.

11

2.5 Lift Gaya angkat adalah komponen resultan gaya fluida tegak

lurus terhadap aliran fluida. Besarnya gaya angkat untuk mengangkat benda dengan bidang angkat umumnya didefinisikan sebagai:

Bidang angkat adalah bentuk-bentuk yang mampu manghasilkan daya angkat seperti : layang-layang, aerofoil, hidrofoil, baling-baling atau kipas. Dari persamaan diatas maka persamaan koefisien gaya angkat adalah :

CL = Koefisien Lift FL = Gaya Lift Masa jenis udara = ߩ 3,14 = ߨd = Diameter

2.6 Vortex

Pada saat mengalami separasi, aliran akan terlepas dari dinding dan membentuk vortex yang kemudian vortex itu juga dapat terlepas (shedding) terbawa aliran. Mekanisme shedding ini dapat terjadi secara bergantian dan periodik, tergantung pada Reynolds number regime-nya. Vortex shedding ini disebabkan karena dua vortex di sisi wake yang berseberangan saling mempengaruhi.

12

Gambar 2-3 membantu menjelaskan mekanisme vortex shedding, dimana terdapat pasangan vortex A dan B dimana vortex A tumbuh lebih dulu dan makin besar sehingga mampu menarik vortex B, karena vorticity A dan B berlawanan tanda, maka pada suatu saat vorticity dari B memotong suplai vorticity A dan mengakibatkan vortex A shedding. Setelah A shedding di belakangnya terbentuk lagi vortex C, yang kemudian karena vortex B sudah lebih besar maka tertarik ke arah B dan hal yang sama pada vortex A sebelumnya terjadi pada vortex B, demikian selanjutnya mekanisme tersebut berulang.

Gambar 2.6 Proses terjadinya vortex shading[2]

Vortex shedding ini juga menghasilkan suatu fluktuasi pada gaya-gaya yang bekerja pada benda. Gaya-gaya tersebut akan berfluktuasi pada frekuensi shedding tersebut. Karakteristik frekuensi dari suatu geometri dapat direpresentasikan dengan bilangan tak berdimensi Strouhal number, St, yang nilainya juga tergantung pada Reynolds number. Nilai Struohal number ini diberikan oleh:

13

St = Strouhal number f = frekuensi (Hz) D = panjang karakteristik (m) v = kecepatan fluida (m/s)

Pergeseran titik pisah untuk aliran yang melewati sebuah bola atau silinder lingkaran dapat dilihat dalam Gambar Partikel-partikel fluida di sekitar batas pada A berge¬rak lebih cepat dalam lapisan batas yang turbulen ketimbang dalam lapisan batas yang laminer.Jadi, partikel-partikel tersebut mempunyai energi kinetik lebih banyak untuk mengatasi gradien tekanan yang tidak menguntungkan (naiknya tekanan) di bagian bela¬kang bola atau silinder.Oleh sebab itu, partikel-partikel dalam lapisan batas turbulen mampu bergerak lebih jauh ke belakang sebelum akhirnya berhenti dan terpisah dari batas.Akibatnya, wake di situ lebih kecil, demikian pula hambatannya.Lapisan batas bisa menjadi turbulen pada angka Reynolds yang lebih rendah dari harga ini asalkan bola atau silinder kasar atau bila tingkat turbulensi.atau intensitasnya

Pada tahun 1920-an, tingkat atau intensitas turbulensi dalam terowongan angin sub-sonik diukur dengan cara menentukan harga kritis ReD ketika hambatan tiba-tiba berku-rang (atau ketika koefisien hambatan menjadi 0.3, misalnya) untuk sebuah boia mulus yang dipasang pada sebuah sistem pengukur gaya dalam terowongan angin. Makin tinggi intensitas turbulensi, makin rendah angka Reynolds kritis.Untuk waktu itu, alat ini sudah luar biasa.Dalam perkembangan selanjutnya.alat pengukur kecepatan temuan baru telah memungkinkan kita mempelajari fluktuasi dan intensitas turbulensi secara Iebih rinci

14

2.7 Computational Fluid Dynamics (CFD) Computational Fluid Dynamic merupakan ilmu sains dalam

penentuan penyelesaian numerik dinamika fluida.Computationa Fluid Dynamic (CFD) adalah pendekatan ketiga dalam studi dan pengembangan bidang dinamika fluida selain pendekatan teori dan eksperimen murni.

Adapaun beberapa keuntungan yang diperoleh dengan

menggunakan CFD antara lain : • Meminimumkan waktu dan biaya dalam mendesain suatu

produk, bila proses desain tersebut dilakukan dengan uji eksperimen dengan akurasi tinggi.

• Memiliki kemampuan sistem studi yang yang dapat mengendalikan percobaan yang sulit atau tidak mungkin dilakukan dalam eksperimen.

• Memiliki kemampuan untuk studi di bawah kondisi berbahaya pada saat atau sesudah melewati titik kritis (termasuk studi keselamatan dan skenario kecelakaan)

• Keakuratannya akan selalu dikontrol dalam proses desain.

Aplikasi dari CFD untuk penyelesaian masalah aliran

pada propeler telah mengalami kemajuan cukup pesat pada akhir-akhir ini. Bahkan pada saat ini teknik CFD merupakan bagian dari proses desain dalam diagram spiral perancangan.Dengan CFD memungkinkan untuk memprediksi fenomena aliran fluida yang jauh lebih kompleks dengan berbagai tingkat akurasi.

Dalam desain kerjanya, problem yang ada perlu dideskripsikan ke dalam software CFD dengan menggamnbarkan model yang dianalisa, sifat-sifat fluida yang ada di sekitar model dan juga penentuan kondisi batasnya. Selanjutnya dlam solver problem yang ada akan dihitung dengan pendekatan persamaan yang tersedia. Dari hasil perhitungan kemudian didapatkan hasil output dari running program CFD.

15

Computationa Fluid Dynamic (CFD) merupakan analisa sistem yang mencakup aliran fluida, perpindahan panas dan fenomena yang terkait, seperti reaksi kimia dengan menggunakan simulasi berbasis komputer (numeric).Teknik ini sangat berguna dan dapat diaplikasikan pada bidang industri dan non industri.Code CFD terstuktur atas logaritma numerik, sehingga dapat digunakan untuk menyelesaikan problem pada suatu aliran fluida. Code Computational Fluid Dynamic di sini terdiri atas tiga elemen utama yaitu

a. Pre Procesor (CFX Build) b. Solver manager c. Post Procesor (visualize)

2.7.1 Pre Procesor (CFX Build)

Pada tahap awal pemograman ini, terdiri dari input masalah aliran untuk CFD mellui interface, kemudian mengubahnya menjadi bentuk yang sesuai dengan format yang dikehendaki oleh bagian solver. Pada tahap ini perlu dilakukan input permasalahan sesuai dengan aturan pada software, meliputi:

a. Membentuk geometri benda dan daerah sekeliling benda

dengan domain komputasi. b. Membentuk grid generation atau membagi doamin yang

telah ditentukan menjadi bagian yang lebih kecil (sub domain).

c. Penentuan fenomena fisika dan kimia dari model. d. Penentuan sifat-sifat fluida, seperti pendefinisian harga

densitas, viskositas, temperatur dan lain-lain. e. Penentuan kondisi batas model geometri, lokasi

pembuatan kondisi batas harus ditentukan baik pada daerah di sekeliling benda maupun pada aliaran yang diperhitungkan.

f. Penentuan besar kecilny tau kekasaran grid (mesh).

16

Analisa masalah aliran yang berupa kecepatan, tekanan, atau temperatur didefinisikan sebagai suatu daerah yang berupa simpul-simpul tiap cell. Jumlah cell dalam grid (mesh) menentukan akursi penyelesain CFD. Pada umumnya semakin banyak cell semakin akurat penyelesaiannya. Daerah yang memiliki perubahan bentuk yang sangat tajam, biasanya proses meshing dilakukan dengan sangat halus, sedang untuk daerah yang lain dilakukan agak kasar.

2.7.2 Solver

Solver dapat dibedakn menjadi tiga jenis, yaitu finite difference, finite element, dan finite volume. Secara umum metode numerik solver tersebut terdiri dari lngkah-langkah sebagai berikut :

a. Perkiraan variabel yang tidak diketahui dengan menggunakan fungsi sederhana.

b. Diskretisasi dengan subtitusi perkiraan-perkiraan tersebut dengan persamaan-persamaan aliran yang berlaku dan berbagai manipulasi matematik.

c. Penyelesaian dari persamaan aljabar. Algoritma metode numeric ini terdiri dari :

a. Integrasi persamaan aliran fluida yang digunakan pada semua domain control volume.

b. Pendiskretan persamaan integral menjadi system persamaan aljabar.

c. Penyelesaian persamaan aljabar dengan metode iterasi.

2.7.3 Post procesor (visualize)

Pada step ini akan ditampilkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya. Hasil perhitungan dapat dilihat berupa data numerik dan data visualisasi aliran fluida pada model.Data numerik yang diambil adalah data nilai

17

variabel nilai sifat fluida, data sifat fluida yang dapat diambil adalah sebagai berikut :

a. Density b. Density viscosity c. Eddy viscosity d. Heat transfer coefficient e. Mach number f. Pressure g. Pressure gradient h. Sheer strain rate i. Spesific capacity heat transfer rate j. Static entalpy k. Temperature l. Thermal conductivity m. Total entalphy n. Total temperature o. Total pressure p. Turbulance kinetic energy q. Velocity r. Wall heat flux s. Wall sheer t. Yplus u. Coordinate

Data numerik yang dapat ditampilkan oleh post procesor

adalah sebagai berikut : • Data export • Quantitative calculation

Dan data visualisasi model yang dapat ditampilkan oleh post procesor adalah sebagai berikut :

• Gambar geometry model • Gambar surface sifat fluida • Animasi aliran fluida • Tampilan vektor kecepatan • Gerakan rotasi translasi dan penyekalaan

18

• Arah aliran fluida • Hardcopy output

Dalam proses set up dan running simulasi CFD, ada

tahapan identifikasi dan formulasi permasalahan aliran dengan pertimbangan fenomena fisika dan kimia. Pemahan yang cukup baik diperlukan dalam menyelesaikan algoritma pemyelesaian numerik. Ada tiga konsep matematik yang digunakan dalam menentukan berhasil atau tidaknya algoritma (AEA technology dalam Deby, 2007) yaitu :

1. Konvergensi, yaitu properti metode numerik untuk menghasilkan penyelesaian exacta sebagai grid spacing, ukuran kontrol volume atau ukuran elemen dikurangi mendekati nol. Konvergensi biasanya sulit didapatkan secara teoritis. Untuk kondisi lapangan kesamaan lax yang menyatakan bahwa untuk persamaan linear memerlukan konvergensi.

2. Konsistensi, yaitu urutan numerik untuk menghasilkan sistem persamaan aljabar yang dapat diperlihatkan sama (ekuivalen) dengan persamaan pengendali sebagai jarak grid mendekati nol.

3. Stabilitas, yaitu penggunan faktor kesalahan sebagai indikasi metode numerik. Jika sebuah teknik tidak stabil dalam setiap kesalahan pembuatan path data awal maka dapat menyebabkan osilasi dan divergensi.

CFD memberikan hasil fisik yang realistik dengan akurasi yang baik pada path simulasi dengan grid yang berhingga.

19

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Pendahuluan

Metodologi penelitian merupakan langkah-langkah yang dilakukan delam penerjaan skripsi hingga tujuan dari skripsi dapat tercapai. Metodologi. Dalam pengerjaan skripsi ini terdapat beberapa langkah yang akan diterangkan pada sub bab selanjutnya.

3.2 Tahapan Pengerjaan Skripsi

Selamapengerjaantugasakhirini, penulismembagipengerjaantugasinidalambeberapatahapanpengerjaan.Tahapanpengerjaantugasakhiriniantaralain :

1. IdentifikasiPermasalahan Merupakanhasilidentifikasiterhadapappermasalahan yang diangkatdalampengerjaanskripsi.Dari hasilidentifikasimasalahdapatditentukanlangkah-langkah yang harusdilakukandalampengerjaanskripsibesertametode yang diterapkandalammenyelesaikanmasalah yang ada.

2. StudiLiteratur Pada tahap ini dilakukan studi literatur terhadap berbagai referensi terkait dengan topik penelitian. Studi pustaka ini dimaksudkan untuk mencari konsep dan metode yang tepat untuk menyelesaikan masalah yang telah dirumuskan pada tahap sebelumnya dan untuk mewujudkan tujuan yang dimaksudkan. Studi pustaka ini termasuk mencari referensi atas teori-teori terkait atau hasil penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya.

20

3. Pengumpulan data Selamapenulisantugasakhirini, penulismelakukanpengumpulan data untukpengerjaanskripsi.Data yang didapatuntukmenunjangpengerjaanskripsiini di dapatbaikdari internet maupunpengambilan data seacaralangsung.Data yang diambilpadapengerjaanskripsiinisebatas data-data mengenaikonsep-konsepdasaralirandan bola golf.

4. Penentuan parameter design Dalampenelitianini design yang akandibuatmemilikipersyaratantertentu.Halinibertujuanuntuklebihmemudahkandalamhalpembuatandesign.Diketahui bahwa b adalah diameter dimple dan t adalahketebalanplat.Syarat-syaratnyaadalahsebagaiberikut:

1. Bila b = ½ t ,makamaksimalkedalaman dimple adalahsetengahketebalan plat

2. Bila b > ½ t ,makamaksimalkedalaman dimple adalahmelebihisetengahkedalaman plat.

3. Bila b < ½ t ,makamaksimalkedalaman dimple adalahtidaksampaimelebihisetengah plat.

Syarat-syaratdiatasakansangatberpengaruhterutamauntukpenentuanrasio.Dalampenelitianiniterdapat 2 rasio yang dibutuhkan,yaiturasio diameter terhadaptebal plat danrasio diameter terhadapsisibujursangkar.

1.RasioKecekungan(RC)

Rasioiniadalahrasioantara diameter dimple/lubang yang akandidesignterhadapketebalanplat.Rasioininantinyaakanberpengaruhterhadaptingkatkedalamancekungan dimple

21

dariketebalanplat.Dalamhalini agar memenuhipersyaratan yang pertama,maka diameter dimple yang akandibuatadalahsetengahtebal plat.

RC = ଶ

Keterangan: R Dt=Rasio Diameter Dimple terhadaptebal plat b = Diameter dimple (m) r = jari-jaribola(m)

Bila diameter dimple adalah b ,makakedalaman dimple yang terbentukadalah ½ t,sehinggatitikpusat bola danberadatepatpadatitikpusatlingkarandimple.Untuklebihjelasnyaperhatikangambar 2.

Gambar 3.1 Rasiokecekunganterhadap plat

Bila r= ½ b ,makakedalamancekunganmaksimal yang terbentukadalah ½ t.Sehinggatitikpusat bola tepatberadatitikpusatlingkarandimple.sehinggadaripengertianinimenghasilkanpersamaan:

Rasio= ,nilainya adalah 2

Jika,nilainya adalah 0,5,

Agar rasio yang terbentukbernilai 1 maka, R c = ଶ

22

Denganpersamaandiatasmakaakanterbentukrasio yang nilainyasebesar 1,akantetapiapabilatitikpusat bola diatastitikpusatlingkaran dimple makanilairasiomaksimalbisamelebihidari 1.Sehingga terbentuklahpersamaanrasiobaruyaitu:

R C = ଶ

R C = Rasiokecekungan b =Diameter dimple (m) r =Jari-jari bola (m)

2.Rasio Diameter Dimple terhadapsisibujursangkar(R Ds)

Rasioiniadalahperbandinganantarabesar diameter dimple yang akandidesaindengansisi-sisibujursangkarpembentukdimple.Halininantinyabergunauntukmenentukanseberapabesarjarakantara dimple satudengan dimple yang lain.rumusnyaadalahsebagaiberikut:

RDs =௦

Keterangan: R Dt=Rasio Diameter Dimple terhadaptebal plat b = Diameter dimple (m) s = sisibujursangkar (m)

Untuklebihjelasnya,perhatikancontohgambardibawahini:

23

(a) (b) Gambar3.2 Rasiobujursangkarterhadap plat

Padagambardiatasdapatkitaketahuibahwadenganmemasukkanrumusdiatasgambar 1.a mempunyairasio diameter sebesar 1.Sedangkanpadagambar 1.b kitadapatkanrasio diameter sebesar o,8.

4.Penggambaran model Langkahberikutnyaadalahmembuatrancanganbentukplat.

Geometridasarpembentukan platdidapatdari parameter design. Dengancara yang samamakaakandivariasikanuntukanalisa, variasi yang adayaituvariasirasio diameter dimple terhadaptebalplat,rasio diameter dimple terhadapsisibujursangkardanrasiokecekungan. Kemudian data geometridimodelkandenganmenggunakanbantuan software ANSYS.

Ada tigatahapdalam proses simulasi CFD,

yaituprepocesor, solution danpostprocesor. Tahapprepocesoradalahtahapuntukmembuat model geometri, mendefinisikansifat material model (mekanisdanfisika), serta proses pembuatanelemendan node pada model (meshing). Tahap solution merupakantahapmenentukantipepenyelesaianterhadapanalisa yang dilakukan, apakahstatikataudinamik.Penyelesaiandilakukanterhadap

24

model dalambentukelemendenganpembebanandankondisibatas yang diberikanpada model.Sedangkanpadatahappostprocesoradalahmenampilkanhasiliterasianalisakomputerterhadap model.

5. Kesimpulan dan saran

Kesimpulan diambil berdasar analisa data dan perhitungan yang dikerjakan sebelumnya, kesimpulan ini berisi ringkasan dan poin-poin penting dalam pengerjaan skripsi ini. Saran merupakan hal-hal apa saja yang dapat dijadikan masukan dan perbaikan untuk kedepannya. Sedapat mungkin saran in berisi tambahan dan koreksi agar penulisan skripsi ini menjadi lebih baik.

25

3.3 Flowchart PengerjaanSkripsi

Y

START

STUDI LITERATUR

PENGAMBILAN DATA

PERHITUNGAN PARAMETER DESIGN

PEMBUATAN MODEL

PENGUJIAN DENGAN CFD

SIMULASI ERROR

VALIDASI MODEL

ANALISA

26


KESIMPULAN

SELESAI

27

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1. Umum

Pada bab ini akan dijelaskan langkah-langkah analisa data berupa perancangan model dan simulasi. Perancangan model didasarkan pada batasan yang telah dijelaskan pada bab awal tulisan ini. Langkah-langkah ini saling berkaitan dan tidak dapat dipisahkan satu sama lainnya Ada beberapa tahapan yang perlu dilakukan untuk mendapatkan suatu model sehingga dapat dilanjutkan ke proses running dan solver.Penggambaran model ini dilakukan tahap demi tahap dimulai dari penentuan koordinat meshinghingga running.

4.2. Variasi Model

Pada bab sebelumnya telah dijelaskan bahwa variasi yang dilakukan dalam analisa ini adalah pada rasio kecekungan dan rasio diameter dimple terhadap bujrsangkar.

Adapun data-data utama yang dibutuhkan untuk proses penggambaran model dan simulasi pada percobaan ini direncanakan sebagai baerikut:

Lebar plat : 0,11 m Panjang plat :0,44 m Variasi rasio cekungan:0,1;0,2;0,3;0,4;0,5 Variasi rasio bujursangkar:0,4;0,6;0,8 Froude number

:0,0038;0,00570,1;0,2;0,3;0,4;0,5 Permodelan plat konvensional dan modifikasinya dapat

dilihat pada gambar dihalaman selanjutnya.

28

Gambar 4.1 model plat konvensional

Gambar 4.2 model plat modifikasi

29

Berikut ini adalah data visual yang diambil dari tahap post berdasarkan proses simulasi.

Gambar 4.3 Velocity vector plat datar pada saat froude number 0,3

Gambar 4.4 Velocity vector aliran laminer pada model 1 dengan

rasio kecekungan 0,3

30

Gambar 4.5 Velocity vector aliran transien pada model 2 dengan rasio

kecekungan 0,4

Gambar 4.6 Velocity vector aliran turbulen pada model 3 dengan rasio

kecekungan 0,5

31

4.3 Analisa Data Hasil Simulasi

Pada tahap analisa ini, data yang diperoleh dari proses simulasi diambil untuk menentukan proses variasi dari percobaan yang dilakukan. 4.3.1 Variasi Pada model plat yang akan dimodifikasi dilakukan beberapa variasi modifikasi untuk mendapatkan gaya gesek terkecil daripada plat datar konvensional.Variasi yang dilakukan berupa perubahan kedalaman cekungan dan jarak antar cekungan pada plat. Pada model baik plat datar konvensional maupun plat datar modifikasi mempunyai 1 ukuran luasan yaitu lebar 0,11 m dan panjang 0,44 m. Sedangkan untuk plat datar modifikasi dilakukan lima belas variasi,antara lain:

Model 1 a (panjang 0,44 m,lebar 0,11 m,rasio bujursangkar 0,4;rasio kecekungan 0,1; variasi froude number:0,1;0,2;0,3;0,4;0,5)

Model 1 b (panjang 0,44 m,lebar 0,11 m,rasio bujursangkar 0,4;rasio kecekungan 0,2; variasi froude number:0,1;0,2;0,3;0,4;0,5)

Model 1 c (panjang 0,44 m,lebar 0,11 m,rasio bujursangkar 0,4;rasio kecekungan 0,3; variasi froude number:0,1;0,2;0,3;0,4;0,5)

Model 1 d (panjang 0,44 m,lebar 0,11 m,rasio bujursangkar 0,4;rasio kecekungan 0,4; variasi froude number:0,1;0,2;0,3;0,4;0,5)

Model 1 e (panjang 0,44 m,lebar 0,11 m,rasio bujursangkar 0,4;rasio kecekungan 0,5; variasi froude number:0,1;0,2;0,3;0,4;0,5)

32











33

Nilai perbandingan dari variasi plat datar modifikasi dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.1Nilai perbandingan variasi

4.3.2 Data yang Diperoleh dari Hasil Simulasi Variasi Plat Modifikasi

Model 1a froude

number Reynold Number Velocity

Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,0022 0,0057 3000 0,0118 0,000045

0,1 52407 0,207 0,00128 0,2 104814 0,415 0,00421 0,3 157221 0,622 0,00862 0,4 209629 0,830 0,01462 0,5 262036 1,038 0,022

Tabel 4.2 Harga gaya gesek pada model 1a

34

Model 1b froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,00108 0,0057 3000 0,0118 0,00108

0,1 52407 0,207 0,00108 0,2 104814 0,415 0,00335 0,3 157221 0,622 0,00657 0,4 209629 0,830 0,0107 0,5 262036 1,038 0,0157

Tabel 4.3 Harga gaya gesek pada model 1b

Model 1c froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,00004 0,0057 3000 0,0118 0,000067

0,1 52407 0,207 0,00088 0,2 104814 0,415 0,0029 0,3 157221 0,622 0,006 0,4 209629 0,830 0,0101 0,5 262036 1,038 0,0152

Tabel 4.4 Harga gaya gesek pada model 1c

Model 1d froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000037 0,0057 3000 0,0118 0,000056

0,1 52407 0,207 0,00088 0,2 104814 0,415 0,003 0,3 157221 0,622 0,0062 0,4 209629 0,830 0,0104 0,5 262036 1,038 0,0156

Tabel 4.5 Harga gaya gesek pada model 1d

35

Model 1e froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000036 0,0057 3000 0,0118 0,000056

0,1 52407 0,207 0,00098 0,2 104814 0,415 0,0033 0,3 157221 0,622 0,0068 0,4 209629 0,830 0,0114 0,5 262036 1,038 0,0170

Tabel 4.6 Harga gaya gesek pada model 1e

Model 2a froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,00006 0,0057 3000 0,0118 0,000093

0,1 52407 0,207 0,00126 0,2 104814 0,415 0,00426 0,3 157221 0,622 0,00892 0,4 209629 0,830 0,0154 0,5 262036 1,038 0,0238


Model 2b froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000051 0,0057 3000 0,0118 0,000083

0,1 52407 0,207 0,00115 0,2 104814 0,415 0,0037 0,3 157221 0,622 0,0075 0,4 209629 0,830 0,0127 0,5 262036 1,038 0,0192


36

Model 2c froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000044 0,0057 3000 0,0118 0,00007

0,1 52407 0,207 0,00092 0,2 104814 0,415 0,003 0,3 157221 0,622 0,0063 0,4 209629 0,830 0,0107 0,5 262036 1,038 0,0163


Model 2d froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000039 0,0057 3000 0,0118 0,00006

0,1 52407 0,207 0,0009 0,2 104814 0,415 0,0031 0,3 157221 0,622 0,0065 0,4 209629 0,830 0,011 0,5 262036 1,038 0,0166


Model 2e froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000033 0,0057 3000 0,0118 0,00005

0,1 52407 0,207 0,00099 0,2 104814 0,415 0,0033 0,3 157221 0,622 0,00697 0,4 209629 0,830 0,0117 0,5 262036 1,038 0,0177


37

Model 3a froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,00006 0,0057 3000 0,0118 0,000093

0,1 52407 0,207 0,00127 0,2 104814 0,415 0,0044 0,3 157221 0,622 0,0094 0,4 209629 0,830 0,0165 0,5 262036 1,038 0,026


Model 3b froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000052 0,0057 3000 0,0118 0,000083

0,1 52407 0,207 0,0011 0,2 104814 0,415 0,0037 0,3 157221 0,622 0,0076 0,4 209629 0,830 0,013 0,5 262036 1,038 0,0195


Model 3c froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,00004 0,0057 3000 0,0118 0,00007

0,1 52407 0,207 0,00094 0,2 104814 0,415 0,003 0,3 157221 0,622 0,0064 0,4 209629 0,830 0,0108 0,5 262036 1,038 0,0164


38

Model 3d froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000039 0,0057 3000 0,0118 0,00006

0,1 52407 0,207 0,0009 0,2 104814 0,415 0,0031 0,3 157221 0,622 0,0065 0,4 209629 0,830 0,0111 0,5 262036 1,038 0,017


Model 3e froude


Gaya gesek

0,0038 2000 0,0079 0,000041 0,0057 3000 0,0118 0,000065

0,1 52407 0,207 0,001 0,2 104814 0,415 0,0034 0,3 157221 0,622 0,007 0,4 209629 0,830 0,012 0,5 262036 1,038 0,018


39

IV.5 Pembahasan Data- data yang ditabulasikan dalam bentuk table pada

subbab sebelumnya,kemudian akan diplotkan kedalam bentuk grafik untuk mengetahui karakteristik dari masing-masing model variasi yang telah dibuat.Pada dasarnya seluruh jumlah variasi model berjumlah 75 variasi.Untuk mempermudah analisa maka 75 model tadi dikelompokkan menjadi 3 model dengan tingkat variasi rasio terhadap bujur sangkar yaitu:

1. Model 1:Model dengan rasio bujursangkar 0,2 2. Model 2:Model dengan rasio bujursangkar 0,4 3. Model 3:Model dengan rasio bujursangkar 0,6 Yang pada masing-masing model tersebut terdapat variasi

rasio kecekungan dari 0,1 s.d. 0,5.

Grafik 4.1 Hubungan froude number dengan gaya gesek pada model 1

Grafik diatas merupakan gambaran keseluruhan hasil analisa

gaya gesek pada model 1 yaitu model dengan rasio bujursangkar sebesar 0,2 dan dengan variasi rasio kecekungan yaitu 0,1;0,2;0,3;0,4;dan 0,5.Untuk lebih memperjelas hasil analisa yang sudah didapat maka grafik diatas dibagi menjadi 5

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025 Rc 0,1plat datarRc 0,2Rc 0,3Rc 0,4Rc 0,5

Grafik Fn vs Fd Model 1

laminer transien turbulen

40

bagian,yaitu dari froude number 0,1 sampai dengan froude number 0,5.

Grafik 4.2 Hubungan froude number dengan gaya gesek saat

froude number 0,1 pada model 1

Pada grafik diatas dapat terlihat pada dasarnya variasi model sampai dengan froude number 0,1 gaya geseknya lebih besar daripada plat datar.Terutama pada model dengan rasio kecekungan 0,1 saat aliran laminar gaya gesek terlihat sagat besar yaitu 0,0022 N,sedangkan pada plat datar hanya sebesar 0,000024 N.Hal ini disebabkan karena permukaan cekungan hampir sama dengan permukaan plat datar,sehingga efek cekungan hanya menambah luasan plat dan justru mengubah aliran yang sebelumnya laminer menjadi turbulen.Hal ini dapat dibuktikan pada gambar dibawah ini.

00.00025

0.00050.00075

0.0010.00125

0.00150.00175

0.0020.00225

0.0025

0.003816 0.005724 0.1

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number

Fn 0,1 vs Fdplat datarRc 0,1

Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

turbulen

laminer transien

41

Gambar 4.7 Aliran laminer yang melewati model 0,1 dengan rasio

kecekungan 0,1.

Begitu pula pada rasio kecekungan 0,2 pada saat aliran laminer,transien dan turbulen besarnya gaya gesek sama rata.Hal ini dapat terjadi karena kecepatan aliran yang belum terlalu tinggi.

Grafik 4.3 Hubungan froude number dengan gaya gesek saat froude number 0,2

pada model1 Pada Grafik 4.3 menunjukkan bahwa gaya gesek yang terjadi

pada variasi model masih lebih besar daripada plat datar. Hal ini disebabkan karena laju aliran fluida yang melewati cekungan belum terlalu tinggi.

0.00050.00075

0.0010.00125

0.00150.00175

0.0020.00225

0.00250.00275

0.0030.00325

0.00350.00375

0.0040.00425

0.0045

0.1 0.2

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number

Fn 0,2 vs FdPlat DatarRc 0,1

Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

42


pada model 1

Pada grafik diatas pada saat froude number 0,24 gaya gesek mulai berkurang atau lebih kecil dari plat datar yaitu pada rasio kecekungan 0,4 yaitu sebesar 7%dan 0,3 sebesar 9,7%.Sedangkan pada model dengan rasio kecekungan 0,2 gaya gesek mulai berkurang pada froude number0,27 yaitu sebesar 1,4%.

Grafik 4.5 Hubungan froude number dengan gaya gesek saat froude number0,4

pada model 1

0.00250.003

0.00350.004

0.00450.005

0.00550.006

0.00650.007

0.00750.008

0.00850.009

0.2 0.3

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

0.011

0.012

0.013

0.014

0.015

0.3 0.4

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number

Fn 0,4 vs Fd Plat DatarRc 0,1Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

43

Pada grafik diatas terlihat jelas bahwa pada rasi kecekungan

0,1 gaya geseknya lebih besar dari plat datar yaitu sebesar 16,7%.Hal ini mengindikasikan bahwa model dengan rasio kecekungan 0,1 tidak dapat berfungsi untuk mengurangi gesekan.Sedangkan pada rasio kecekungan 0,2;0,3;0,4 dan 0,5 gaya gesek dapat berkurang dan gaya gesek terkecil adalah pada rasio kecekungan 0,3 yaitu sebesar 19%.Hal itu terbukti pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.8Aliran fluida yang melewati model 0,1 dengan froude number

0,4 dengan rasio kecekungan 0,3.

Gambar 4.9 kontur tekanan pada model 0,1 dengan rasio kecekungan 0,3

Pada gambar 4.9 dapat terlihat bahwa gesekan terbesar terdapat pada cekungan pertama.hal ini dapat ditunjukkan dengan adanya perubahan warna yang sangat mencolok tetapi hal ini tidak terjadi pada cekungan-cekungan berikutnya.Hal ini dapat terjadi karena cekungan awal yang membuat olakan-olakan awal didalam cekungan.

44


pada model 1.

Pada grafik diatas terlihat bahwa rasio kecekungan 0,3 tetap memiliki gaya gesek terkecil yaitu sebesar 24%.

Grafik 4.7 Hubungan froude number dengan gaya gesek pada model 2.

0.0090.01

0.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.019

0.020.0210.0220.023

0.4 0.5

Gay

a G

esek

(N)

Froude NUmber


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

00.0025

0.0050.0075

0.010.0125

0.0150.0175

0.020.0225

0.025 plat datarRc 0,1

Rc 0,3

Rc 0,2

Rc 0,4

Rc 0,5

Grafik Fn vs Fd model 2

laminertransien turbulen

45

Grafik diatas merupakan gambaran keseluruhan hasil analisa gaya gesek pada model 2 yaitu model dengan rasio bujursangkar sebesar 0,4 dan dengan variasi rasio kecekungan yaitu 0,1;0,2;0,3;0,4;dan 0,5.Untuk lebih memperjelas hasil analisa yang sudah didapat maka grafik diatas dibagi menjadi 5 bagian,yaitu dari froude number 0,1 sampai dengan froude number 0,5.


pada model 2

Grafik 4.8 menunjukkan bahwa pada plat datar mempunyai gaya gesek terkecil bila dibandingkan dengan semua model,baik dari rasio kecekungan 0,1;0,2;0,3;0,4;0,5.Pada plat datar mempunyai gaya esek sebesar 0,00063 N.Pada saat aliran masih laminer dan transien efek cekungan tidak berpengaruh sama sekali justru akan menambah tahanan gaya gesek.Merubah aliran yang sebelumnya laminer menjadi dalam keadaan turbulen.Ini dapat terlihat pada gambar dibawah ini.

00.00010.00020.00030.00040.00050.00060.00070.00080.0009

0.0010.00110.00120.0013

0.003816 0.005724 0.1

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

laminer transienturbulen

46

Gambar 4.10 Aliran laminer yang melewati model 0,2 dengan rasio kecekungan 0,1.


pada model 2

Pada grafik diatas masih tetap terlihat bahwa gaya gesek terkecil masih dimiliki oleh plat datar yaitu sebesar 0,0027 N.

0.00050.00075

0.0010.00125

0.00150.00175

0.0020.00225

0.00250.00275

0.0030.00325

0.00350.00375

0.0040.00425

0.0045

0.1 0.2

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

47

Grafik 4.10 Hubungan 47froude number dengan gaya gesek saat 47roude

number 0,3 pada Model 2 Grafik diatas menunjukkan bahwa gaya gesek pada model

dengan rasio kecekungan 0,3 dan 0,4 mulai menurun pada saat froude number 0,25.Penurunan gaya geseknya sebesar 5,2% unutk model dengn rasio kecekungan 0,3 dan 0,3% unutk model dengan raso kecekungan 0,4.Sedangkan model dengan rasio kecekungan 0,1;0,2;dan 0,3 gaya geseknya masih diatas plat datar.

Grafik 4.11 Hubungan froude number dengan gaya gesek saat froude number

0,4 pada model 2

0.00250.003

0.00350.004

0.00450.005

0.00550.006

0.00650.007

0.00750.008

0.00850.009

0.2 0.3

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

0.0060.0070.0080.009

0.010.0110.0120.0130.0140.0150.016

0.3 0.4

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number

Fn 0,4 vs Fd plat datarRc 0,1

Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc ,5

48

Pada grafik 4.11 menunjukkan bahwa pada saat froude number 0,3 model dengan raso kecekungan 0,3 menunjukkan penurunan gaya gesek sebesar 14% sedangkan untuk model dengan rasio kecekungan 0,4 sebesar 12,2%.Sedangkan pada saat froude number 0,32 model dengan rasio kecekungan 0,5 juga menunjukkan adanya penurunan gaya gesek sebesar 6%.Hal ini berbeda dengan model dengan rasio kecekungan 0,1 dan 0,2 yang tidak menunjukkan adanya perubahan tersebut.


0,5 pada model 2

Pada grafik 4.12 menunjukkan adanya penurunan gaya gesek pada saat froude number 0,4 yaitu pada model dengan rasio kecekungan 0,3 yaitu sebesar 18,6%,pada rasio kecekungan 0,4 sebesar 17,1% dan rasio kecekungan 0,5 sebesar 11,7%.Sedangkan pada rasio kecekungan 0,2 mulai adanya penurunan gaya gesek pada saat froude number 0,42 yaitu sebesar 4,1%.Dari grafik diatas terlihat bahwa rasio kecekungan 0,3 memilliki gaya gesek terkecil bila dibandingkan yang lain yakni sebesar 0,016 N.

0.010.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.019

0.020.0210.0220.0230.024

0.4 0.5

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

49

Grafik 4.13 Hubungan froude number dengan gaya gesek pada model 3

Grafik diatas merupakan gambaran keseluruhan hasil analisa

gaya gesek pada model 3 yaitu model dengan rasio bujursangkar sebesar 0,6 dan dengan variasi rasio kecekungan yaitu 0,1;0,2;0,3;0,4;dan 0,5.Untuk lebih memperjelas hasil analisa yang sudah didapat maka grafik diatas dibagi menjadi 5 bagian,yaitu dari froude number 0,1 sampai dengan froude number 0,5.

Grafik 4.14 Hubungan froude number dengan gaya gesek saat froude number 0,1 pada model 3

00.0025

0.0050.0075

0.010.0125

0.0150.0175

0.020.0225

0.0250.0275 plat

datarRc 0,1Rc 0,2Rc 0,3Rc 0,4

Grafik Fn vs Fd Model 3

laminer transienturbulen

00.00010.00020.00030.00040.00050.00060.00070.00080.0009

0.0010.00110.00120.00130.0014

0.003816 0.005724 0.1

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number

Fn 0,1 vs Fd

plat datarRc 0,1Rc 0,2Rc 0,3Rc 0,4

laminer

turbule

50

Grafik 4.14 menunjukkan bahwa pada saat aliran laminer,transien dan turbulen(froude number 0,1) gaya gesek yang terjadi pada model 3 lebih besar bila dibandingkan dengan gaya gesek pada plat datar.Hal ini dapat terjadi dikarenakan laju aliran kurang tinggi sehingga menyebabkan efek cekungan hanya menambah gesekan yang terjadi akibat adanya laju kecepatan fluida.Sehingga merubah aliran laminer menjadi turbulen.Hal ini dapat dibuktinya dari gambar dibawah ini.

Gambar 4.11 Aliran laminer yang melewati model 0,3 dengan rasio kecekungan 0,5.

Gambar 4.12 kontur tekanan pada model 3 dengan rasio kecekungan 0,5

Dari gambar 4.12 dapat dibuktikan bahwa sebenarnya pada model tersebut sudah terjadi ulakan-ulakan didalam cekungan yang pada akhirnya menyebabkan gaya gesek dapat berkurang.Akan tetapi karena kecepatan fluida masih dalam kondisi laminer maka cekungan justru menambah gaya gesek yang terjadi.

51


0,2 pada model 3

Pada grafik diatas gaya gesek terkecil terdapat pada plat datar yaitu sebesar 0,0027 N.


0,3 pada model 3

0.00050.00075

0.0010.00125

0.00150.00175

0.0020.00225

0.00250.00275

0.0030.00325

0.00350.00375

0.0040.00425

0.0045

0.1 0.2

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number

Fn 0,2 vs FdRc 0,1

Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

plat datar

0.00250.003

0.00350.004

0.00450.005

0.00550.006

0.00650.007

0.00750.008

0.00850.009

0.0095

0.2 0.3

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

52

Pada grafik diatas efek cekungan pada model mulai terlihat ketika memasuki froude number 0,25,tepatnya pada model dengan rasio kecekungan 0,3 dan 0,4.Gaya gesek dapat berkurang sebesar 5,2% untuk rasio kecekungan 0,3 dan 2,9% untuk rasio kecekungan 0,4.


0,4 pada model 3

Pada grafik 4.17 untuk model dengan rasio kecekungan 0,3 dan 0,4 gaya gesek mulai berkurang sejak Froude number menunjukkan angka 0,3 sedangkan untuk rasio kecekungan 0,5 gaya gesek mulai berkurang pada saat Froude number 0,33.Besarnya penurunan gaya gesek pada rasio kecekungan 0,3 adalah 14,1%%,untuk rasio kecekungan 0,4 adalah 12,2%,sedangkan rasio kecekungan 0,5 sebesar 6%.

0.0060.0070.0080.009

0.010.0110.0120.0130.0140.0150.0160.017

0.3 0.4

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

53


0,5 pada model 3

Pada grafik diatas untuk model dengan rasio kecekungan 0,2;0,3;0,4 dan 0,5 dapat terlihat bahwa terdapat penurunan gaya gesek kecuali pada rasio kecekungan 0,1.Dari grafik diatas terlihat bahwa rasio kecekungan 0,3 memiliki gaya gesek terkecil,dan penurunannya adalah sebesar 18,6% dari gaya gesek pada plat datar.

0.010.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.019

0.020.0210.0220.0230.0240.0250.0260.027

0.4 0.5

Gay

a G

esek

(N)

Froude Number


Rc 0,2

Rc 0,3

Rc 0,4

Rc 0,5

54

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

LAMPIRAN Visualisasi Model

Konturtekananpada plat datarsaataliranlaminer

Konturtekananpada plat datarsaatalirantransien

Konturtekananpada plat datarsaataliranturbulen

Visualisasi Model

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,1saataliranlaminer

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,1saatalirantransien

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,1saataliranturbulen.

Visualisai Model

Konturtekananpada model 1 denganrasiokecekungan 0,3padasaataliranlaminer

Konturtekananpada model 1 denganrasiokecekungan 0,3padasaatalirantransien

Konturtekananpada model 1 denganrasiokecekungan 0,3padasaataliranturbulen

Visualisai Model

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,3padasaataliranlaminer

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,3padasaatalirantransien

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,3padasaataliranturbulen

Visualisai Model


Konturtekananpada model 1 denganrasiokecekungan 0,5padasaatalirantransien


Visualisai Model

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,5padasaataliranlaminer

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,5padasaatalirantransien

Velocity vector pada model 1 denganrasiokecekungan 0,5padasaataliranturbulen

Visualisasi Model



Visualisasi Model

Velocity vector pada model 3 denganrasiokeckungan 0,5padasaataliranlaminer

Velocity vector pada model 3 denganrasiokeckungan 0,5padasaataliranlaminer

55

BAB V KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan Setelah melakukan semua simulasi model yang

direncanakan,dan berdasarkan hasil analisa serta pembahasan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Modifikasi dengan pengaplikasian cekungan pada

plat datar sangat berpengaruh untuk mengurangi gaya gesek yang terjadi.Hal ini disebabkan efek cekungan pada plat datar dapat memperlambat efek turbulensi yang terjadi.

2. Dari beberapa variasi rasio bujursangkar(0,4;0,6;dan 0,8) dan rasio kecekungan (0,1;0,2;0,3;0,4; dan 0,5) gaya gesek terkecil terdapat pada variasi model 1c(rasio bujursangkar 0,4 dan rasio kecekungan 0,3).

3. Berdasarkan pada analisa,akumulasi penurunan gaya gesek pada berbagai kecepatan,penurunan gaya gesek terbesar terdapat pada model 1c(rasio bujursangkar 0,2 dan rasio kecekungan 0,3) yaitu sebesar ± 17,65%.

5.2 Saran Ada beberapa hal yang perludikembangkanuntukpenelitian-penelitianselanjutnyadansejenis.Untukitu saran-saran yang diberikanolehpenulisuntukpenelitian-penelitianselanjutnyaadalahsebagaiberikut:

1. Memperbanyakjumlahliterasi ,baikpada proses penggambaran model(meshing) dansimulasi,agarhasil yang didapatlebihmaksimal.

2. Memperbanyakvariasirasiobujursangkar yang akandisimulasikan.

56

3. Memperbesarluasan plat yang akandisimulasikan.


Documents

Analyze of Dimple Effect Implemented in Flat Plate for ...repository.its.ac.id/71765/1/4207100084-Undergraduate Thesis.pdf · fluida bergerak mengikuti garis lurus, kecepatan fluidanya