Post on 27-Sep-2019
Dept. of Mechanical Engineering - ITS
STUDI EKSPERIMEN PENGURANGAN INTENSITAS TURBULENSI DENGAN PENEMPATAN SCREEN PADA OPEN CIRCUIT SUBSONIC WIND TUNNEL DI
LABORATORIUM MEKANIKA DAN MESIN-MESIN FLUIDA JURUSAN TEKNIK MESIN FTI – ITS
“Studi Kasus Screen Berdiameter Kawat 0,7 mm dan 1 mm Serta Konfigurasi Penempatannya”
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA
2011
Oleh:Andi Soviyana 2109105018
Dosen Pembimbing:Dr. Wawan Aries Widodo, ST., MT
TUGAS AKHIR
Transisi lapis batas pada kontur permukaan benda yangmempunyai kelengkungan dipengaruhi oleh :
1. Free-stream Turbulence
2. Kecepatan dan Profil Aliran
3. Bentuk Benda dan Orientasi Terhadap Arah Aliran
4. Kekasaran Permukaan
5. Blockage Ratio
Free-streaM turbulence (turbulent intensity) Urms / Uaverage
Urms = standard deviasi kecepatanUaverage = kecepatan rata-rata
Cheung dan Melbourne (1983) Pengaruh intensitas turbulensi terhadapdistribusi koefisien tekanan (Cp) padasilinder sirkular pada Re 1,1 x 106
Diameter Silinder = 120 mm
CpminTu Cpmin mundur ke belakang
Letak separasi massive tertunda ke belakangCpbase
Penelitian Terdahulu
Bearman dan Morel (1983) Pengaruh intensitas turbulensi terhadapcoefficient of drag (CD) pada silinder sirkular
Diameter Silinder = 120 mm
Leonanda (2007) Penelitian pressure difference dengan penempatan screen
Pressure difference akibat penempatan screen
Visualisasi flow smoke
Flow smoke di belakang silinder tanpa screen
Flow smoke di belakang silinder setelah penempatan 4 screen
Ghobanian (2010)
Diameter kawat screen = 0,91 mm
Pengukuran intensitas turbulensi dengan penempatanscreen
Kondisi daerah freestream centerline test section open circuitsubsonic wind tunnel di laboratorium mekanika dan mesin-mesinfluida jurusan Teknik Mesin FTI – ITS
0,00%
1,00%
2,00%
3,00%
4,00%
5,00%
7 9 11 13 15 17 19 21
Inte
nsita
s tur
bule
nsi
Kecepatan (m/s)
Triyogi dkk (2010) Pengukuran intensitas turbulensi
Rumusan Masalahpenelitian oleh Ghobanian (2010)
Intensitas Turbulensi ? Pressure Difference ? Cp silinder sirkular tunggal ? Profil Kecepatan di Belakang silinder ?
Tujuan Penelitian1. Analisis terhadap sinyal output dari hot wire anemometer (HWA)
dan pressure tranducer.
2. Analisis terhadap intensitas turbulensi yang dihasilkan darikonfigurasi screen yang digunakan.
3. Mengkalkulasi static pressure difference akibat penambahanscreen.
4. Analisis pengaruh intensitas turbulensi terhadap distribusikoefisien tekanan (Cp) pada silinder sirkular dan profilkecepatan di belakang silinder sirkular antara intensitasturbulensi minimum dan kondisi tanpa screen.
Batasan MasalahHWA (Hot wire anemometer) dititikberatkan pada performa alat
ukur dan mengabaikan sisi elektronika. Penelitian dilakukan pada kecepatan freestream 8 m/s – 20 m/s.Fluida yang mengalir adalah udara dalam kondisi steady dan
incompressible. Pengukuran intensitas turbulensi dilakukan pada centerline test
section. Analisa dilakukan pada silinder sirkular dengan diameter 60 mm
dengan bilangan Reynolds = 5,4 x 104.
Peralatan
1. Subsonic Wind Tunnel
Jenis : Subsonic, open circuit wind tunnelBentuk test section : penampang persegiTinggi : 660 mmLebar : 660 mm Panjang : 1780 mm
Langkah-langkah Eksperimen
Perbandingan hasil pengukuran TI dengan HWA dan Pressure Tranducer
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
7 9 11 13 15 17 19
Tu (%
)
Kecepatan (m/s)
Intensitas Turbulensi Open Circuit Wind Tunnel Desain Screen Lama
Pressure tranducer
HWA
Kalibrasi Hot wire anemometer
Kalibrasi dilakukan dengan menempatkan pitot static tube dan HWA padawind tunnel kecil
Contoh hasil pengukuran
ANALISA DAN PEMBAHASAN
Persamaan respon kalibrasi HWA
Tes Annova (Minitab 14) untuksimple power law n = 0,5
Sumber df Sum of Squares Mean Squares
Regresiion 1 6421.3 6421.3
Residual error 49998 37.1 0
Lack of fit 23 29.6 1.3
Pure error 49975 7.5 0
Total 49999 6458.4
%116,0%1006458,4
7,5%100error pure === xxSS
SS
total
ε
Persamaan respon kalibrasi HWA
Persamaan A B C n ε (%)
Simple Power Law
E2 = A + BUn 2 0,731 - 0,5 0,116
1,33 1,18 - 0,4 0,116
Extended Power Law
E2 = A + BUn + CU 0,651 1,48 - 0,102 0,5 0,116
Persamaan Polynomial ε (%)
U = A + BE + CE2 0,14
U = A + BE + CE2 + DE3 0,14
U = A + BE + CE2 + DE3 + FE4 0,14 Toleransi error : 0,1-0,15 %
Persamaan respon yang digunakan adalah simple power law n = 0,5
Intensitas turbulensi kondisi open circuit subsonic wind tunneltanpa screen
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Tu (%
)
Kecepatan (m/s)
tanpa screen
Intensitas turbulensi open circuit subsonic wind tunnel dengan penempatan screen berdiameter kawat 1 mm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Tu (%
)
Kecepatan (m/s)
1 screen
2 screen
3 screen
4 screen
5 screen
6 screen
7 screen
Intensitas turbulensi open circuit subsonic wind tunnel dengan penempatan kombinasi screen A dan screen B
0
1
2
3
4
5
6
7
8
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Tu (%
)
Kecepatan (m/s)
6A+1B
5A+2B
4A+3B
3A+4B
2A+5B
1A+6B
Kalibrasi Pressure Tranducer
Kalibrasi dilakukan dengan menempatkan pitot static tube pada wind tunnel kecil
Contoh hasil pengukuran
Persamaan respon kalibrasi Pressure Tranducer untuk pengukuran tekanan statis
Toleransi error maksimal = 0,35%
Persamaan respon yang digunakan adalah persamaan linier
Jenis persamaan Persamaan ε (%)
Linier i = 12 + 0,00669ps 0,117
Polynimial Ps = -3168 + 394i – 10,9i2 0,1
Ps = 2519 – 1127i + 125i2 – 4,05i3 0,1
Ps = -954737 + 340371i – 45542i2 + 2709i3 – 60,4i4 0,1
Persamaan respon kalibrasi Pressure Tranducer untuk pengukuran kecepatan
Toleransi error maksimal = 0,35%
Persamaan respon yang digunakan adalah persamaan simple power law n=0,5
Jenis persamaan Persamaan ε (%)
Linier i = 11,5 + 0,0988U 0,16
Power law i = 102 + 17,3 U0,5 0,15
i = 95,6 + 21,7 U0,45 0,15
i = 87,5 + 27,6 U0,4 0,15
Polynomial U = -608 + 87,2i – 3,02i2 0,14
U = -3613 + 793i – 58,3i2 + 1,44i3 0,14
U = 159383 – 50254i + 5935i2 – 311i3 + 6,12i4 0,14
Pressure difference dengan penempatan screen berdiameter 1 mm
0
50
100
150
200
250
300
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
∆p (P
a)
Kecepatan (m/s)
1 screen
2 screen
3 screen
4 screen
5 screen
6 screen
7 screen
Pressure difference dengan penempatan kombinasi screen A dan screen B
0
50
100
150
200
250
300
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
∆p (P
a)
Kecepatan (m/s)
6A+1B
5A+2B
4A+3B
3A+4B
2A+5B
1A+6B
Grafik Cp = f(θ) silinder sirkular diletakkan pada centerline test section
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
0 30 60 90 120 150 180
Coef
ficie
nt o
f Pre
ssur
e (C
p)
Sudut Contur (θ)Tu = 9,52 %Tu = 1,48 %Norberg (1986) ; Tu=1,4 % ; Re=5,5 x 10^4Braza et al(2006) ; Tu=1,5 % ; Re=6,5 x 10^4
Penelitian Re Tu (%) Posisi Separasi Massive -Cpb
Sekarang 5,4x1049,56 95 o 1,515
1,48 85 o 1,204
Norberg 5,5x104 1,4 90 o 1,146
Braza et al 6,5x104 1,5 88 o 1,580
Profil kecepatan di belakang silinder sirkular diletakkan padacenterline test section
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
y/h
u/UmaxTu = 9,52 %
Tu = 1,48 %
KESIMPULAN
1. Adanya penambahan screen dapat menurunkan intensitas turbulensi danintensitas turbulensi cenderung menurun pada setiap kenaikan kecepatan.
2. Adanya penambahan screen menghasilkan pressure difference yang semakinbesar pada masing-masing tingkat kecepatan dan mengurangi pencapaiankecepatan maksimal aliran freestream pada putaran motor maksimal yangdiijinkan.
3. Letak titik separasi massive pada kontur permukaan silinder sirkular akibataliran freestream dengan intensitas turbulensi 9,52% lebih tertunda kebelakang jika dibandingkan dengan intensitas turbulensi 1,48% dan defisitmomentum yang terbentuk di belakang silinder sirkular dengan intensitasturbulensi 9,52% lebih kecil jika dibandingkan defisit momentum yangterbentuk dibelakang silinder sirkular dengan intensitas turbulensi 1,48%.
REKOMENDASI
1. Perlu perbaikan dalam desain probe HWA guna mencapai desain standar agarerror yang terjadi dapat diminimalisasi
2. Penggunaan filter pada keluaran HWA perlu dipertimbangkan untukmenyaring gangguan yang terjadi. Sebagai rekomendasi dipasang rangkaianband past reject 50 Hz dan low past filter 100 Hz.
3. Perbaikan wind tunnel diperlukan untuk mendapatkan intensitas turbulensiyang lebih kecil dengan memasang system peredam pada fan agar tidaktimbul vibrasi yang berlebih, redesain bentuk dan geometri honeycomb, serta corner-corner yang terlalu tajam sebaiknya dibuat lebih tumpul.