Windtunnel atau terowongan angin adalah alat riset dikembangkan

DISTRIBUSI TEKANAN STATIS DAN KECEPATAN DI
DALAM NOZZEL DAN TEST SECTION PADA WIND
Klasifikasi Terowongan Angin
Windtunnel atau terowongan angin
adalah alat riset dikembangkan
untuk membantu dalam menganalisa
efek angin yang bergerak atau di
sekitar object padat. Pada umumnya,
perancangan terowongan angin
berdasarkan dari data-data hasil
eksperimen.
Eksperimen ini
menggunakan motor listrik dengan
10 blade untuk menghasilkan
hembusan
angin
di
dalam
terowongan
angin.
Dengan
eksperimen yang dilakukan dapat
dihasilkan kontribusi tekanan di
setiap bagian-bagian terowongan
angin tersebut dengan kontruksi
terowongan angin yang telah
dirancang.
Batasan Masalah
Untuk
lebih
terarahnya
penelitian ini dan memberikan hasil
yang sesuai dengan tujuan penulisan,
maka
dilakukan
pembatasan
masalah.
Tujuan Penulisan
Tujuan
penelitian
dilakukan adalah :
yang
mengetahui
besarnya
distribusi tekanan statis pada
terowongan (wind tunnel) angin dan
kecepatan yang akan masuk ke
dalam nosel (nozzel) dan seksi uji
(test
section)
dengan
desain
terowongan angin yang telah dibuat.
Untuk membedakan tipenya,
terowongan
angin
dibedakan
berdasarkan
parameter-parameter
tertentu. Parameter tersebut biasanya
merupakan salah satu parameter yang
signifikan dari bilangan Reynolds
Kegunaan Terowongan Angin
Terowongan angin digunakan
mensimulasikan keadaan sebenarnya
pada suatu benda yang berada dalam
pengaruh gaya-gaya aerodinamik
dalam bidang aeronautika kinerja
mekanika terbang (flight mechanic)
dari suatu benda terbang (aerial
vechicle)
dapat
diuji
secara
experimental,
dengan
peralatan
system pendukung yang memiliki
kemampuan ukur enam derajat
kebebasan (degree of freedom), yaitu
gaya, Fdrag, Fthrust, Fweight, Flift,
Fside, momen, Mpitch, Mroll,
Myaw. Obyek analisa ini sangat luas
sehingga dibagi dalam beberapa sub
klasifikasi.
Pada bidang otomotif desain
kendaraan modern menuntut bentuk
(shape) yang futuristic tapi juga
hambatan angin dapat direduksi
sehingga konsumsi bahan bakar lebih
hemat. Dalam hal ini reduksi
Coefisien Drag
dapat dilakukan
melalui
pengujian
dengan
terowongan angin. Selain itu juga
menuntut kestabilan tinggi terutama
saat menikung sehingga menuntut
gaya tekan ke bawah (down force
negative
lift)
yang
optimal.
Terowongan tipe ini biasanya
menggunakan lantai seksi uji yang
dapat bergerak sesuai kecepatan jet
untuk menghilangkan pengaruh
lapisan batas (boundary layer) lantai.
Selain dua bidang diatas
terowongan angin juga banyak
digunakan dalam pengujian berbagai
kondisi benda dalam aliran udara
seperti konstruksi pencakar langit,
lingkungan perkotaan dan lain-lain
Kerugian :
•
Jika
diletakkan
didalam
ruangan,
berdasar
pada
ukuran terowongan terhadap
ukuran ruang, bias jadi di
butuhkan
penyaringan
tambahan pada inlet untuk
mendapatkan
aliran
bertambah tinggi. Dengan
cara yang sama inlet/outlet
terbuka ke atmosfer, yang
mana angin dan cuaca dingin
dapat mempengaruhi operasi.
•
Untuk ukuran tertentu dan
kecepatan tertentu diperlukan
lebih banyak energi untuk
menjalankannya. Ini hanya
sebuah factor jika digunakan
untuk pengembangan dimana
laju penggunaan tinggi.
•
Secara umum, berisik. Untuk
ukuran lebih besar (Aseksi uji >
kebisingan
70
π2)
mengakibatkan
masalah
lingkungan dan membatasi
jam operasi.
2.
Rangkaian tertutup.
Jalur Rangkaian
Yang
dimaksud
jalur
rangkaian adalah jalur lintasan udara
yang melalui terowongan.
1.
Rangkaian Terbuka (Open
Circuit Tunnel).
Pada tipe terowongan ini
udara mengikuti jalur lurus dari jalur
masuk melalui kontraksi keseksi uji,
diikuti diffuser, rumah fan, dan
saluran keluar ke udara.
Teowongan Angin Saluran Terbuka (Open Circuit)
Tipe ini memiliki keuntungan dan
kerugian.
Keuntungan :
•
Biaya kontruksi rendah.
•
Tak ada masalah bila ingin
menjalankan
motor
pembakaran
dalam
atau
melakukan banyak visualisasi
aliran jika inlet dan outlet
keduanya
terbuka
ke
atmosfer.
Terowongan ini mempunyai
jalur yang kontinu untuk udara.
Sebagian besar tipe ini adalah jalur
tunggal (single return).
Terowongan Angin Saluran Tertutup (Close Circuit)
Keuntungan :
•
Dengan kegunaan corner
turning vanes, kualitas dari
aliran dapat dengan mudah di
control.
•
Memerlukan energi yang
lebih sedikit untuk ukuran
dan kecepatan seksi uji
tertentu, ini terpentinguntuk
terowongan yang digunakan
pengujian
pengembangan
dengan penggunaan tinggi.
•
Tidak terlalu berisik.
Kerugian :
•
Biaya awal yang besar akibat
penambahan saluran kembali
(return ducts) dan corner
vanes.
•
Digunakan secara luas untuk
pengujian
asap
atau
menjalankan
motor
pembakaran dalam, harus ada
saluran untuk pembuangan.
Tipe Aliran Fluida
Dalam mempelajari mekanika
fluida tidak terlepas dari tipe-tipe
aliran fluida yang terjadi. Untuk
mengetahui tipe aliran tersebut,
terlebih dahulu dicari nilai dari
bilangan
Reynolds
dengan
parameter-parameter yang dimiliki
aliran fluida yang sedang di analisis.
Secara umum tipe aliran fluida
terbagi menjadi:
1. Aliran laminar
Aliran laminar didefinisikan
sebagai aliran dengan fluida yang
bergerak secara halus dan lancar
dengan kecepatan relatif rendah serta
fluidanya sangat viskos. Maka
apabila sebuah aliran mempunyai
gangguan yang mungkin dialami
oleh medan aliran itu akibat getaran,
ketidakteraturan permukaan batas
dan sebagainya, relatif lebih cepat
teredam oleh viskositas fluida
tersebut. Dalam hal ini fluida boleh
dianggap dalam bentuk lapisanlapisan (lamina) dengan pertukaran
molekuler yang hanya terjadi di
antara
lapisan-lapisan
yang
berbatasan dimana nilai bilangan
Reynoldsnya kurang dari 2300.
2. Aliran transisi
Aliran transisi merupakan
aliran peralihan dari aliran laminar
ke aliran turbulen. Ketika kecepatan
aliran
itu
bertambah
atau
viskositasnya
berkurang
(dapat
disebabkan temperatur meningkat)
maka gangguan-gangguan akan terus
teramati dan semakin membesar serta
kuat yang akhirnya suatu keadaan
peralihan
tercapai.
Keadaan
peralihan ini tergantung pada
viskositas fluida, kecepatan dan lainlain yang menyangkut geometri
aliran
dimana
nila
bilangan
Reynoldsnya antara 2300 sampai
dengan 4000.
3. Aliran turbulen
Aliran turbulen didefinisikan
sebagai aliran dimana pergerakan
dari partikel-partikel fluida sangat
tidak menentu karena mengalami
percampuran serta putaran partikel
antar lapisan, yang mengakibatkan
saling tukar momentum dari satu
bagian fluida kebagian fluida yang
lain dalam skala yang besar di mana
nilai bilangan Reynoldsnya lebih
besar dari 4000. Dalam hal ini
turbulensi
yang
terjadi
membangkitkan tegangan geser yang
merata diseluruh fluida sehingga
menghasilkan
kerugian–kerugian
aliran
Pengukuran
Tekanan
Kecepatan
dan
Pengukuran kecepatan dan
tekanan dapat di ukur dengan
menggunakan manometer U serta
mikromanometer miring. Kecepatan
aliran udara pada terowongan angin
dapat ditentukan dengan mengukur
Static-pressure drop antara dua
bagian terowongan angin, yaitu
diantara settling chamber dan test
section.
oleh lubang kecil di bagian bawah
dinding tabung.
Tekanan Stagnasi adalah
tekanan fluida yang diukur pada
aliran fluida yang diperlambat
sampai diam, V = 0 dengan kondisi
aliran tanpa gesekan. Pengukuran
tekanan stagnasi pada tabung pitot
diukur oleh lubang kecil di mulut
tabung yang akan tepat tegak lurus
terhadap garis arus dari aliran. Untuk
aliran tak mampu mampat dapat
diterapkan persamaan Bernoulli pada
kondisi tanpa perubahan ketinggian.
Jika p adalah tekanan statik
pada penampang dengan kecepatan
fluida
adalah V dan po adalah
tekanan stagnasi dimana kecepatan
stagnasi aliran fluida Vo adalah 0,
maka dapat dihitung :
V2
+
=C
ρ
2
p
Tekanan
Statik,
Tekanan
Stagnasi dan Tekanan Dinamik
Tekanan statik atau tekanan
thermodinamika pada persamaan
Bernoulli adalah tekanan fluida yang
diukur oleh alat yang bergerak
bersama dengan fluida. Kondisi ini
sangat sulit diwujudkan. Namun
dengan kenyataan bahwa tidak ada
variasi tekanan pada arah penampang
tegak lurus aliran, maka tekanan
statik dapat diukur dengan membuat
lubang kecil pada dinding aliran
sedemikian rupa sehingga sumbunya
tegak lurus dinding aliran (wall
pressure tap). Cara lain adalah
dengan memasang probe atau tabung
pitot pada aliran fluida jauh dari
dinding aliran (gambar 1.2.).
Pengukuran tekanan statis dilakukan
V0 2
p V2
+
= +
ρ
2
ρ
2
p0
po = p + ρ
V2
2
Suku kedua, ρ V2/2 adalah
tekanan dinamik yaitu tekanan akibat
kecepatan fluida, yakni selisih antara
tekanan statik dengan tekanan
stagnasi. maka pengukuran tekanan
statis dan tekanan stagnasi dengan
tabung pitot dapat juga sekaligus
mengukur
tekanan
dinamisnya.
Penerapan yang lain dari persamaan
ini adalah perubahan tekanan
dinamis menjadi kecepatan fluida
dengan kondisi aliran tak mampu
mampat. Dengan demikian tabung
pitot dapat juga dipergunakan
sebagai alat ukur kapasitas aliran.
Persamaan Bernoulli
Dengan
menggunakan
persamaan
Bernoulli
maka
perbedaan tinggi tekanannya, adalah
pA +
ρV A2
2
= pB +
ρVB2
2
+ ς1
ρVB2
2
Dimana :
ς1
= koefisien losses
pA
= Static pressure di A
pB
= Static pressure di B
VA
= Kecepatan di A
VB
= Kecepatan di B
Sehingga kecepatannya adalah :
V=
2( p A − p B )
μ
2
μ=
1
ς
Manometer
Manometer adalah alat yang
digunakan secara luas pada audit
energi untuk mengukur perbedaan
tekanan di dua titik yang berlawanan.
Jenis manometer tertua adalah
manometer
kolom cairan. Versi
manometer sederhana kolom cairan
adalah bentuk pipa U yang diisi
cairan setengahnya (biasanya berisi
minyak, air atau air raksa) dimana
pengukuran dilakukan pada satu sisi
pipa, sementara tekanan (yang
mungkin terjadi karena atmosfir)
diterapan pada tabung yang lainnya.
Perbedaan
ketinggian
cairan
memperlihatkan
tekanan
yang
diterapan.
Berdasarkan persamaan kontinuitas :
F A V A = F B VB = F C VC
Maka :
Manometer
pA- pB = ς
ρVC2
2
Dimana :
⎛
ς = ⎜⎜ FB
⎝ FB
⎞
⎟⎟
⎠
2
⎡
⎢1 + ς
⎢⎣
⎛F
- ⎜⎜ B
⎝ FA
⎞
⎟⎟
⎠
2
⎤
⎥
⎥⎦
Prinsip kerja manometer
adalah sebagai berikut:
• Merupakan
gambaran
sederhana manometer tabung
U
yang
diisi
cairan
setengahnya, dengan kedua
ujung tabung terbuka berisi
cairan sama tinggi.
• Bila tekanan positif diterapan
pada salah satu sisi kaki
tabung,
cairan
ditekan
kebawah pada kaki tabung
tersebut dan naik pada sisi
tabung
yang
lainnya.
Perbedaan pada ketinggian
“h” merupakan penjumlahan
hasil pembacaan di atas dan
di bawah angka nol yang
menunjukan adanya tekanan.
•
Bila
keadaan
vakum
diterapkan pada satu sisi kaki
tabung,
cairan
akan
meningkat pada sisi tersebut
dan cairan akan turun pada
sisi
lainnya.
Perbedaan
ketinggian “h” merupakan
hasil penjumlahan pembacaan
di atas dan di bawah nol yang
menunjukan jumlah tekanan
vakum.
Ada tiga tipe utama
manometer:
• Manometer satu sisi kolom
yang mempunyai tempat
cairan besar dari tabung U
dan mempunyai skala disisi
kolom sempit. Kolom ini
dapat
menjelaskan
perpindahan cairan lebih
jelas.
Kolom
cairan
manometer dapat digunakan
untuk mengukur perbedaan
yang kecil diantara tekanan
tinggi.
• Jenis membran fleksibel:
jenis
ini
menggunakan
defleksi (tolakan) membran
fleksibel
yang
menutup
volum
dengan
tekanan
tertentu. Besarnya defleksi
dari membran sesuai dengan
tekanan spesifik. Ada tabel
keterangan untuk menentukan
tekanan perbedaan defleksi.
Jenis Pipa koil: Sepertiga
bagian dari manometer ini
menggunakan pipa koil yang
akan mengembang dengan
kenaikan tekanan. Hal ini
disebabkan perputaran dari
sisi lengan yang disambung
ke pipa.
Alat - alat Rangkaian
Terowongan Angin
Data dari masing masing bagian terowongan angin,
sebagai berikut:
1. Motor penggerak
Daya motor penggerak
digunakan sebesar 2,2 kW
yang
Gambar Motor penggerak
2. Blade
Blade yang digunakan berjumlah 10
dengan kemiringan 5°.
Gambar Blade
3. Ruang Penenang (Settling Chamber)
Berfungsi
untuk
mengurangi
turbulensi
aliran
di
dalam
terowongan. Pada settling chamber
diletakkan sarang lebah (honey
combs) dan saringan kawat (screen)
serta dilengkapi dengan dudukan
model
(sting
mounting
atau
sejenisnya).
Gambar 3.3 Settling chamber
4. Saringan kawat (Screen)
Berguna
untuk
mengurangi
turbulensi aliran.
Gambar Test section
7. Difuser (Diffuser)
Berfungsi untuk mengkonversikan
energi kinetik menjadi energi
potensial.
Gambar Saringan kawat
5. Nosel (Nozzel)
Bagian yang sangat menentukan
dalam pembentukan keseragaman
kecepatan aliran udara pada seksi uji
(test section).
Gambar Diffuser
Alat –alat Pendukung
Di dalam melakukan pengujian
diperlukan beberapa alat pendukung,
antara lain:
1.
Gambar Nozzel
6. Seksi uji (Test section)
Bagian dari terowongan angin untuk
menempatkan model yang akan diuji
1. Manometer Terbuka
Digunakan
untuk
mengukur
tekanan udara yang ada di dalam
terowongan angin dihasilkan oleh
blade.
ρalkohol = Massa jenis alkohol
g = Percepatan gravitasi
h1 = Tinggi tekanan di lubang 1 (m)
Gambar Manometer terbuka
2. Fluida Cair
Fluida cair
pada manometer
yang digunakan berupa alkohol etil.
Selang
3. Digunakan untuk
manometer.
pendukung
4. Tabung Pitot
Berfungsi untuk menyearahkan
aliran udara yang akan masuk ke
dalam manometer.
h2= Tinggi tekanan di lubang 2 (m)
h3= Tinggi tekanan di lubang 3 (m)
h4= Tinggi tekanan di lubang 4 (m)
h5= Tinggi tekanan di lubang 5 (m)
h6= Tinggi tekanan di lubang 6 (m)
h7= Tinggi tekanan di lubang 7 (m)
h8= Tinggi tekanan di lubang 8 (m)
h9= Tinggi tekanan di lubang 9 (m)
5. Penggaris
Digunakan untuk mengukur jarak
di antara lubang-lubang pada bagianbagian terowongan angin.
h10=Tinggi tekanan di lubang 10 (m)
Metode Pengolahan Data
h13=Tinggi tekanan di lubang 13 (m)
Untuk mendapatkan hasil
pengolahan data yang diinginkan,
maka dapat dilakukan langkahlangkah pengolahan data tersebut
sebagai berikut:
h14=Tinggi tekanan di lubang 14 (m)
Kontribusi tekanan statis di setiap
lubang
p=
patm
+
h12=Tinggi tekanan di lubang 12 (m)
h15=Tinggi tekanan di lubang 15 (m)
h16=Tinggi
16 (m)
tekanan
di
lubang
Perhitungan kecepatan udara
ρalkohol . g . h
Dengan :
p
= Tekanan statis (N/m2)
patm
h11=Tinggi tekanan di lubang 11 (m)
= Tekanan atmosfir (N/m2)
Gambar Arah kecepatan yang akan masuk ke
dalam seksi uji
Kecepatan yang akan masuk
dalam nosel (nozzel) (V1)
Didalam perumusan dapat
diperjelas dengan melihat gambar
3.10 dimana keterangannya ada
didalam perumusan.
Maka
akan
didapatkan
kecepatan yang akan masuk ke
dalam test section sebagai berikut :
V2
=
2( p1 − p2 ) + 1/ 2.ρudara.V1
2
ρudara
1. Mencari nilai tekanan yang ada
dalam manometer
p=
patm
+
ρalkohol . g . ∆h
2. Mencari nilai tekanan total pada
tabung pitot
ptotal
= patm +
ρudara . g . H
3. Mencari nilai tekanan statis di lubang
4
pstatis = patm + ρalkohol . g . h4 Maka akan didapat kecepatan
yang akan masuk ke dalam nozel
sebagai berikut :
V1
=
2( ptotal − p statis )
ρ udara
Kecepatan yang akan masuk
ke dalam seksi uji (test section)
Sebelumnya
harus
didapatkan nilai tekanan statis di
lubang 4 dan lubang 5.
1. Tekanan statis di lubang 4 (p1)
p1
= patm +
ρalkohol . g . h4
2. Tekanan statis di lubang 5 (p5)
p2
= patm +
ρalkohol . g . h5
Dimana :
V1= Kecepatan yang akan masuk ke
dalamnozel (m/s)
V2= Kecepatan yang akan masuk ke
dalam test section (m/s)
p = Tekanan di dalam manometer
(N/m2)
patm = Tekanan atmosfir (N/m2)
ρalkohol= Massa jenis alkohol (kg/m3)
ρudar = Massa jenis udara (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
dengan
CFD
Pengamatan hasil simulasi
menggunakan program
Perkembangan teknologi yang
serba
terkomputerisasi,
telah
memberi banyak kemudahan salah
satunya dalam hal mendapatkan
informasi
dari
analisa
yang
mempunyai tingkat kerumitan yang
tinggi bila dilakukan secara manual.
Computational
Fluid
Dynamics (CFD) merupakan salah
satu cara penggunaan komputer
untuk
menghasilkan
informasi
tentang bagaimana aliran fluida.
CFD menggabungkan berbagai ilmu
dasar
teknologi
diantaranya
matematika, ilmu komputer, teknik
dan fisika. Semua ilmu disiplin
tersebut digunakan untuk pemodelan
atau simulasi aliran fluida.
Prinsip CFD adalah metode
perhitungan yang mengkhususkan
pada fluida, di mana sebuah kontrol
dimensi, luas serta volume dengan
memanfaatkan komputasi komputer
maka dapat dilakukan perhitungan
pada tiap-tiap elemennya.
Hal yang paling mendasar
mengapa konsep CFD banyak sekali
digunakan dalam dunia industri
adalah dengan CFD dapat dilakukan
analisa terhadap suatu sistem dengan
mengurangi biaya eksperimen dan
tentunya waktu yang panjang dalam
melakukan eksperimen tersebut atau
dalam proses design engineering
tahap yang harus dilakukan menjadi
lebih pendek. Hal lain yang
mendasari pemakaian konsep CFD
adalah pemahaman lebih dalam
mengenai karakteristik aliran fluida
dengan melihat hasil berupa grafik,
vektor, kontur bahkan animasi.
Perhitungan Kontribusi Tekanan
Dibawah ini akan dijelaskan
perhitungan dari tiap-tiap bagian
terowongan angin yang akan
menghasilkan kontribusi tekanan di
dalam bagian-bagian terowongan
angin tersebut.
Ruang Penenang
Chamber)
(Settling
Ruang penenang
(settling
chamber)
berfungsi
untuk
mengurangi turbulensi aliran di
dalam terowongan.
● Tekanan statis di lubang 1 (p1)
p1 = patm + ρalkohol . g . h1
= 101,3 x 103 +786,51 . 9,81 . 0,025
= 101,3 x 103 + 192,9
= 101492,9 N/m2
● Tekanan statis di lubang 2 (p2)
p2 = patm + ρalkohol . g . h2
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,023
= 101,3 x 103 + 177,5
= 101477,5 N/m2
● Tekanan statis di lubang 3 (p3)
p3 = patm + ρalkohol . g . h3
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,021
= 101,3 x 103 + 162,03
= 101462,02 N/m2
4.2.2
Nosel (Nozzel)
Nosel adalah bagian yang
sangat
menentukan
dalam
pembentukan
keseragaman
kecepatan aliran udara pada seksi uji
(test section).
● Tekanan statis di lubang 4 (p4)
p4 = patm + ρalkohol . g . h4
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,019
= 101,3 x 103 + 146,6
= 101446,6 N/m2
● Tekanan statis di lubang 5 (p5)
p5 = patm + ρalkohol . g . h5
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,017
= 101,3 x 103 + 131,2
= 101431,2 N/m2
Seksi Uji (Test Section)
Seksi uji (test section) adalah
bagian dari terowongan angin untuk
menempatkan model yang akan diuji
serta dilengkapi dengan dudukan
model (sting mounting) dan alat
ukur.
● Tekanan statis di lubang 6 (p6)
p6 = patm + ρalkohol . g . h6
3
= 101,3 x 10 + 786,51 . 9,81 . 0,015
= 101,3 x 103 + 115,73
= 101415,73 N/m2
● Tekanan statis di lubang 7 (p7)
p7 = patm + ρalkohol . g . h7
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,013
= 101,3 x 103 + 100,3
= 101400,3 N/m2
● Tekanan statis di lubang 8 (p8)
p8 = patm + ρalkohol . g . h8
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,011
= 101,3 x 103 + 84,9
= 101384,9 N/m2
● Tekanan statis di lubang 9 (p9)
p9 = patm + ρalkohol . g . h5
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,009
= 101,3 x 103 + 69,44
= 101369,44 N/m2
●
Tekanan statis di lubang 10
(p10)
p10 = Patm + ρalkohol . g . h10
= 101,3 x 103 +786,51 . 9,81
. 0,007
3
= 101,3 x 10 + 54,01
= 101354,01 N/m2
Tekanan statis di lubang 11
●
(p11)
p11 = patm + ρalkohol . g . h11
= 101,3 x 103 +786,51 . 9,81 . 0,005
= 101,3 x 103 + 38,6
= 101338,6 N/m2
●
Tekanan statis di lubang 12
(p12)
p12 = patm + ρalkohol . g . h12
= 101,3 x 103 +786,51 . 9,81 . 0,004
= 101,3 x 103 + 30,9
= 101330,9 N/m2
Difuser (Diffuser)
Difuser
berfungsi
untuk
mengkonversikan energi kinetik
menjadi energi potensial. Difuser
dibuat membesar ke arah down
stream, dengan sudut 2α tidak lebih
dari 5º dan area ratio tidak lebih dari
2,5.
● Tekanan statis di lubang 13
(p13)
p13 = patm + ρalkohol . g . h13
= 101,3 x 103 +786,51 . 9,81 . 0,003
= 101,3 x 103 + 23,15
= 101323,15 N/m2
●
Tekanan statis di lubang 14
(p14)
p14 = Patm + ρalkohol . g . h14
= 101,3 x 103 +786,51 . 9,81 . 0,002
= 101,3 x 103 + 15,43
= 101315,43 N/m2
●
Tekanan statis di lubang 15
(p15)
p15 = patm + ρalkohol . g . h15
= 101,3 x 103 +786,51 .9,81 . 0,001
= 101,3 x 103 + 7,72
= 101307,72 N/m2
Tekanan statis di lubang 16
●
(p16)
● Tekanan statis pada lubang 4 (h4
= 0,019 m)
pstatis = patm + ρalkohol . g . h4
= 101,3 x 103 +786,51 . 9,81 . 0,019
= 101,3 x 103 + 146,6
p16 = patm + ρalkohol . g . h16
= 101,3 x 103+786,51. 9,81 . 0,0005
= 101,3 x 103 + 3,9
= 101303,9 N/m2
Kecepatan yang akan masuk ke
dalam seksi uji (V2)
Diketahui
patm
=
ρalkohol =
ρudara =
g
=
Δh
=
= 101446,6 N/m2
Maka akan didapat kecepatan
yang akan masuk ke dalam nosel
(V1) sebagai berikut :
2( ptotal − p statis )
V1 =
ρ udara
:
101,3 x 103 N/m2
786,51 kg/m3
1,176 kg/m3
9,81 m/s2 H = 0,06 m
2 cm = 0,02 m
Pada gambar 4.5 dapat dilihat
keterangan
untuk
memperjelas
langkah-langkah dalam perhitungan
kecepatan yang akan masuk ke
dalam seksi uji (V2) :
● Mencari nilai tekanan yang ada
dalam manometer
p = patm + ρalkohol . g . Δh
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,02
= 101,3 x 103 + 154,31
= 101454,31 N/m2
●
Mencari tekanan total pada
tabung pitot
ptotal = p + ρudara . g . H
= 101454,31 +1,176 . 9,81 . 0,06
= 101454,31 + 0,69
= 101455,002 N/m2
=
=
=
2(101455,002 − 101446,6)
1,176
16,8
1,176
3,8 m/s
Setelah kecepatan
yang
masuk ke dalam nosel (V1) didapat,
maka kecepatan yang akan masuk ke
dalam seksi uji (V2) dapat
ditentukan.
Sebelumnya,
kita
menentukan terlebih dahulu tekanan
statis yang dihasilkan di lubang 4 dan
lubang 5. Untuk lebih jelas posisi
lubang 4 dan 5 dapat dilihat pada
gambar 4.5.
●
Tekanan statis di lubang 4
p1 = patm + ρalkohol . g . h4
= 101,3 x 103 + 786,51 . 9,81 . 0,019
= 101,3 x 103 + 146,6
= 101446,6 N/m2
●
Tekanan statis di lubang 5
p2 = patm + ρalkohol . g . h5
= 101,3 x 103 +786,51 . 9,81 . 0,017
= 101,3 x 103 + 131,2
= 101431,2 N/m2
Maka akan didapatkan V2 sebagai
berikut :
2( p1 − p 2 ) + 1 / 2.ρ udara .V1
V2 =
Gambar 4.9 Aliran tekanan
2
ρ udara
Dari gambar 4.9 dapat dilihat
bahwa pada bagian settling chamber
terdapat tekanan yang paling bersar
yang ditandai dengan warna merah
(102844 -103770 Pa), dimana daerah
tersebut merupakan frontal area atau
dapat pula dikatakan tempat pertama
aliran udara masuk ke dalam
terowongan angin dengan tekanan
statis yang terjadi sekitar. Terjadi
perubahan tekanan yang kecil
ditandai dengan warna kuning tipis
dan hijau (98212,1-101917 Pa),
perubahan tersebut dipengaruhi
karena adanya penyempitan ruang
pada bagian tengah nozzel. Pada
bagian test section tekanan yang
terjadi paling rendah yang ditandai
dengan warna biru (94506,7-97285,8
Pa). Pada bagian diffuser terjadi
kenaikkan tekanan yang ditandai
dengan warna hijau dan kuning
(98212,1-100991 Pa).
=
2(101446,6 − 101431,2) + 1/ 2.1,176.(3,8) 2
1,176
30,8 + 8,5
1,176
= 5,8 m/s
=
Grafik
di
bawah
ini
memperlihatkan kontribusi tekanan
statis di setiap jarak posisi lubang
yang telah ditentukan.
101515
101495
101485.17
101475
101462.02
101455
101446.60
101431.20
Tekanan statis (N/m2)
101435
101415.73
101415
101404.16
101395
101384.90
101373.29
101361.72
101375
101346.29
101355
101334.72
101335
101323.14
101315.43
101307.70
101315
101303.90
101302.30
101295
Kesimpulan
101275
0
0.2
0.5
0.8
1.04
1.64
1.79
1.88
1.97
2.06
2.15
2.24
2.33
2.52
2.97
3.42
3.87
Jarak Posisi lubang (m )
Gambar Grafik Kontribusi Tekanan
Pengamatan
simulasi
dengan
program CFD.
dari hasil
menggunakan
1.
Kontribusi tekanan yang
dihasilkan dipengaruhi oleh :
•
Jarak posisi lubang
terhadap titik awal datangnya
aliran udara, semakin jauh jarak
posisi lubang terhadap titik awal
maka tekanan statis yang
dihasilkan akan semakin kecil.
•
2.
Tinggi tekanan yang
diukur
dengan
menggunakan
manometer terbuka, semakin tinggi
tekanan pada manometer maka
tekanan statis yang dihasilkan akan
semakin besar.
Kecepatan yang akan masuk ke
dalam seksi uji dengan menggunakan
10 blade adalah sebesar 5,8 m/s.
Saran
Dalam perancangan terowongan
angin perlu ditambahkan alat untuk
penyearah aliran udara (honeycombs).