E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
ANALISA COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC BODY KENDARAAN MATARAM PROTO DENGAN PERANGKAT LUNAK ANSYS FLUENT 14.5 Hail Azwir, Adi Purwanto, Hary Wibowo Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, IST AKPRIND Yogyakarta
INTISARI Dalam Pe nelitian i ni bertujuan untuk menghasilkan rancangan kendaraan protortyep yang aerodinamis dan streamline, serta memiliki koefisen drag dan lift yang rendah unutk meminimalisir kerja engine engine yang besar sehingga dapat menghemat penggunaan bahan bakar.Metode simulasi ini dilakukan menggunakan software yang berbasis komputasi dinamika fluida Ansys 14.5. Dalam simulasi kendaraan yang yang di uji menggunakan menggunakan skala 1:1 dengan diasumsi kondisi sebenarnya.Hasil simulasi didapat bahwa, nilai koefisien drag pada kendaraan Mataram Proto ratarata sebesar 0,3 sedangkan untuk kendaraan Proto modifikasi nilai koefisien drag rata-rata sebesar 0,09 dimana sesuai dengan yang diinginkan yaitu dibawah 0,1. 0,1. Pada simulasi ini juga didapat nilai koefisien lift pada kedua kedua kendaraan dimana Mataram proto nilai koefisen lift rata-rata 0,18 sedangkan sedangkan Proto Modifikasi 0,17. Dari nilai yang didapat bahwa kendaraan kendaraan Proto modifikasi lebih aerodinamis dibandingkan Mataram Proto
Keyword : Aerodinamika, Simulasi Ansys 14.5, streamline, drag force, lif t force
Pendahuluan Kendaraan prototype Mataram Proto ini dirancang untuk mengikuti kompetisi Shell Eco Marathon Asia dan juga Indonesia Energy Marathon Dimana dalam kompetisi kompetisi ini mahasiswa mahasiswa di Challenge. Dimana tantang menciptakan kendaraan yang hemat bahan bakar dan juga memiliki tingkat keselamatan yang tinggi. Untuk Bentuk bodi kendaraan merupakan salah satu dari berbagai aspek (engine, transmisi, kemudi, suspensi, rem, kelistrikan, dan estetika) yang mempengaruhi performa sebuah kendaraan. Bentuk bodi kendaraan berkaitan erat dengan beban aerodinamika. Macam beban aerodinamika dikelompokan menjadi 3 yaitu drag force, lift force dan side force. Drag force ini adalah gaya yang sifatnya menghambat arah laju kendaraan. Lift force adalah gaya yang sifatnya mengangkat kendaraan side force adalah gaya yang sifatnya mendorong kendaraan kesamping. Drag force, lift force dan side force dipengaruhi oleh bentuk kontur bodi kendaraan, dimensi kendaraan dan kecepatan laju kendaraan. Bentuk body kendaraan yang aerodinamis dapat berpengaru berpengaruh h pada pada berkurangny berkurangnyaa pemakaian pemakaian bahan bahan bakar serta dapat meminimalisir gaya-gaya yang menghambat laju kendaraan dan juga resiko kegagalan operasional dalam hal ini kecelakaan pada saat kendaraan beroperasi. 1.
depan dan belakang benda.Besarnya gaya hambat aerodinamik dapat diformulasikan di bawah ini :
F D
ρ C . . A .V 2 D 2 F
……. ….(1) Gaya Gaya Angka Angkatt Aerod Aerodin inam amik ik ( L i f t Force )Menurut )Menurut hukum kontinuitas, semakin dekat suatu profil bergerak di atas tanah kecepatan aliran udara di antara profil dan tanah akan semakin tinggi dengan dengan adanya adanya pengecilan luasan, sehingga tekanan yang dihasilkan akan semakin mengecil.
Gambar 1.Aliranudara sayap pesawat Besarnya Besarnya gaya angkat angkat ini memiliki memiliki formulasi formulasi seperti seperti dibawah ini :
F L
C L .
ρ
2
. AF .V 2
Tinj Tinjau auan an Pust Pustak aka a
Hambatan aerodinamik merupakan gaya seret yang bekerja paralel terhadap arah aliran. Gaya hambat atau yang yang disebut disebut sebagai sebagai dragini dragini merupakan merupakan gaya gaya yang menahan gerak benda. Secara umum gaya hambat ini terjadi akibat perbedaan tekanan antara bagian
…………… (2) 2.
Meto Metode de Pene Peneli liti tian an 2.1 Pembua Pembuatan tan Desa Desain. in.
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Dalam melakukan simulsai menggunakan
membagai bagian-bagian kendaraan untuk pada saat
CFD pertama-tama kita harus membuat model
melakukan simulasi.
kendaraan prototype dimana dalam penelitian ini
Ada pun hasil messing pada kendua kendaraan
menggunakan Autodesk Inventor 2013. Dalam hal
antara Mataram Proto dan Proto Modifikasi dapat
ini kendaraan di buat dua model, yang pertama
diliahat di bawah ini :
Mataram Proto dan kedua Proto Modifikasi. Model yang telah di buat menggunakan Inventor siap di import ke Geomtri yang terdapat di ansys 14.5.
Gambar 7. Messing Mataram Proto Gambar 2. Mataram Proto
Gambar 8. Messing Proto Modifikasi Adapun parameter yang digunakan pada saat Gambar 3. Proto Modifikasi
simulasi ini adalah :
Berikut ini adalah hasil impor model desain kedua
Tabel 1. Variabel Massa Jenis dan Viskositas
kendaraan pada Sofware geomteri Ansys 14.5. T(K)
Massa jenis ρ ( kg/m3)
Viskositas dinamik μ ( kg/ms )
300
1,177
1,875 x 10 -7 190,736 x 10 -7
313 350
1,008
Luas penampang frontal model ( Gambar 5. Improt Mataram Proto
2,073 x 10 -7 ) Mataram Proto :
0,29746035 m 2 Luas penampang frontal model ( Modifikasi
)
Prototype
0,36837504 m 2 3.
Penelitian dengan fluent ini didasarkan pada kondisi sebenarnya pada jalan raya dimana diperkirakan temperatur lingkungan berkisar 40ºC dan kecepatan udara adalah 20, 30, 40, 50, 60 Km/jam. Adapun nilai koefisien drag force diperlihatkan pada table 2 dibawah ini.
Gambar 6. Improt Proto Modifikasi 2.2
Hasil Simulasi
Proses Messing Proses mesing dimana proses ini masih di
lakukan di software ansys. Proses ini dibutuhkan untuk
32
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Garfik 2 Perbandingan koefisien lift Mataram Proto dan Proto Modifikasi Tabel 2 Hasil simulasi Koefisien Drag
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa nilai koefisient lift force mengalami penurunan walau pun kecil seiring bertambahnya kecepatan aliran udara untuk kendaran Mataram Proto nilai koefisen rata-rata adalah yaitu sebesar 0.18 sedangkan untuk Proto Modifikasi dapat dilihat bahwa nilai koefisient lift force mengalami kenaikan walau pun kecil seiring bertambahnya kecepatan aliran udara dimana besar rata-rata koefisien liftnya 0.17. Perbedaan kecepatan aliran udara dipermukaan atas dan bawah pada kendaraan, hal ini menyebabkan terjadi perbedaan tekanan antara permukaan atas kendaraan Proto Modifikasi yang cembung, dengan permukaan dasar kendaraan yang cembung, sedangkan untuk Mataram Proto pada permukaan atas cembung dan bawah yang datar sehingga aliran udara pada pemukaan kendaraan yang mengakibatkan naiknya nilai koefisen lift dapat di perkecil. Berikut ini adalah grafik perbandingan kedua kendaran anatara Mataram Proto dan Proto Modifikasi dengan kecepatan yang sama.
Grafik 1 Perbandingan koefisin lift Mataram Proto dan Proto Modifikasi
Dari hasil rumus 1 dan 2 di dapatkan hasil hitung drag force dan lift force pada kedua kendaraan antara mataram proto dan Proto Modifkasi. Adapun hasil dapat di lihat pada table 3 berikut ini :
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwasanya nilai koefisien drag force hasil simulasi rata-rata yaitu 0.3 untuk Mataram Proto sedangkan untuk kendaraan Proto Modifikasi jauh lebih aerodinamis degang ratarata yaitu 0.09. Pada Grafik 1 dapat dilihat bahwa kendaraan Proto Modifikasi jauh lebih kecil koefisen dragnya di bandingkan dengan Mataram Proto. Artinya hambat pada kendaraan Mataram proto jauh lebih besar dari pada Proto Modifikasi.
Tabel 3 Hasil Perhitungan drag force dan lift force kedua kendaraan
Ada pun untuk hasil nilai koefisen lift dari simulasi dapat di lihat pada table 3 berikut ini: Tabel 4.2 Hasil simulasi Koefisient lift Dari simulasi ini juga di dapat aliran udara yang terdapat di sekitar bodi pada kedua kendaraan dapat di lihat pada gambar di bawah ini antara Mataram Proto dan Proto Modifikasi :
Gambar 5 Pada Mataram Proto
33
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Selanjutnya yaitu pada aliran strimline pada kendaraan dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar 6. Pada Proto Modifikasi
Gambar 8.Bentuk aliran streamline pada Mataram Proto
Selain itu juga pada simulasi ini bias terlihat pressur pada bodi kedua kendaraan antara mataram proto dan Proto Modifikasi :
Gambar 9.Bentuk aliran streamline pada Proto Modifikasi Gamabr 7. Pressur bodi Pada Mataram Proto
Dari Gambar diatas dapat dilihat bahwa kecepatan aliran streamline tampak atas kendaraan mataram proto lebih terhambat terutama pada bagian roda yang berda di luar sedangkan untuk kendaraan modifikasi lebih baik terutama pada bagian depan yang terlihat biru artinya aliran tersebut semakin cepat melawti pemukan kendaraan selain itu juga terlihat pada bagian body belakang kedua kedaraan dimana mataram proto yang mengalami penyempitan udara pada bagian belakang sedangkan pada proto modifikasi lebih lebar. Selain itu juga pada Gambar 9 telihat aliran setrimline kedua kendaraan antara Mataram Proto dan Proto Modifikasi terlihat kendaraan Mataram Proto aliran pada bagian depan sedikit terhambat sedang kan untuk Proto Modifikasi lebih baik di kerenakan pemukaan depanya lebih kecil. Selain itu pada bagaian bawah aliran setrimline kedua kendaran, Mataram Proto lebih kecil pada bagian bawah sedang kan Proto Modifikasi lebih besar aliranya ini berpengaruh pada gaya angkat kendaraan.
Gamabr 7. Pressur bodi Pada Proto Modifikasi Dari Gambar atas dapat dilihat bahwa warna merah pada kendaran Mataram Proto terjadi pada permukaan depan sedangkan untuk Proto Modifikasi terlihat lebih kecil. Selain itu juga pada Gambar 6 dan Gambar 7 terlihat juga bawah tekanan terjadi cukup besar di roda dan lubang udar pada bagaian pengemudi dan engine sedang kan Proto modifikasi tekanan tidak terlalu besar pada sisi kendaraan tersebut. Untuk bagian belakang kedua kendaraan antaran Mataram Proto dan Proto Modifikasi terlihat pada Gambar 7 bahwa masih telihat lebih besar tekanan terjadi pada Matam Proto dibandingkan Proto Modifikasi. Hal ini berpengaruh pada nilai koefisien drag. Pada depan bodi bagian bawah, belakang roda, atas bodi, serta belakang bodi bagian atas dari kedua kedaran tekanannya lebih redah. Hal tersebut dikarenakan pada daerah tersebut kecepatan aliran udaranya lebih kecil secara tidak langsung membuktikan teori bernaully yang mana kecepatan udara berbanding terbalik dengan tekanan.
4.
34
Kesimpulan 1. Koefisen drag kendaran Matram Proto didapat adalah rata-rata sebesar 0,3 sedangkan untuk Proto Modifikasi jauh lebih kecil 0,0950 dan mencapai target yaitu di bawah 0,1 2. Koefisen lift pada kedua kendaraan yaitu ratarata pada kedaraan Mataram Proto 0,18 sedangkan untuk Proto Modifikasi yaitu ratarata sebesar 0,17.
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
8.
3.
Dengan merubah bentuk bodi dan posisi roda tertutup oleh bodi, dapat memperkecil koefisen drag kendaraan sehingga hambatan pada kendaraan juga kecil. 4. Semakin tinggi kecepatan, nilai koefisien lift pada kendaraan Mataram Proto semakin kecil sedangkan untuk Proto modifikasi semakin meningkat. Hail ini dikarenakan ground clearance bodi bawah kendaraan Mataram yang renda sedangkan Proto Modifikasi lebih tinggi. 5. Untuk tekanan pada permukaan kedua kendaran dapat terlihat wana yang ditunjukan pada permukan kendaran bahwa Proto Modifikasi jauh lebih baik dari pada Mataram Proto 6. Pada Aliran udara disekitar dapat dilihat bahwa pada Mataram Proto lebih besar pada bagian atas sedangkan bagian bawah kecil dsedangkan untuk Proto Modifikasi lebih besar pada bagaian bawah. Hal ini mengakibatkan nilai koefisen lift pada kendaran Mataram Proto yang semakin menurun dan untuk Proto Modifikasi semakin meningkat seiring naiknya kecepatan kendaraan. 7. Dengan koefisien drag atau hambatan yang lebih kecil pada kendaraan, juga akan berpengaruh kerja engine tidak memerlukan daya yang besar untuk mengerakan kendaraan sehingga konsumsi bahan bakar yang lebih irit.
Miliken, F, Wiliam & Miliken, L, Douglas, 1995, Race Car Vehicle Dynami,Volume 1, Society of Automotive Engineers, London 9. Mulyadi, Muhamad, 2008 , Analisis Aerodinamika Pada sayap Pesawat Terbang dengan Menggunakan Software Berbasis Computational Fluid Dynamic ( CFD ), Tugas Akhir, Teknik Mesin, Universitas Gunadarma, Jakarta 10. Munson, Bruce R., Young, Donal F. & Okiishi, Theodore H., 2003, Mekanika Fluida, Jilid 1, Edisi Ke 4, Alih Bahasa : Harinaldi & Budiarso, Erlangga, Jakarta 11. Norman Koch, 2013, Offcial Rules Shell Eco Marathon Asia Chapter 1 12. Norton L. Robert., 2013, Machine Design, Edition 5, Publisher Pearson Education, United States. 13. Noname. 2005, Chapter I, Principles of Helicopter Flight, Aerodynamic, Termuat dalam web : http://www.cavalrypilot.com/fm1-514/, Diakses 23 Januari 2014. 14. Noname, 2005, Physical Process Modeling, Heat Transfer, Termuat dalam web : http://processmodeling.org/model_ht/ht.html , Dikases 27 Juni 2014 15. Street, Victor L, & Wylie E.B., 1999, Mekanika Fluida Jilid 1 & 2 Edisi Delpan, Alih Bahas : Arko Prijono, Erl angga, Jakarta 16. Sarif, Lukman,. 2013, Perancangan Aerodinamika Body Mobil Sport Berbasis Komputasi Dinamik Fulid Dengan Menggunakan Program Ansys 13.0, Tugas Akhir Teknik Mesin, IST Akprind, Yogyakarta 17. Siregar, Munawir Rosyadi dan Ambarita Himsar, 2012, Analisa Koefisien Drag Pada Mobil Hemat Energi “Mesin USU” Dengan Menggunakan Perangkat Lunak CFD, Jurnal e-Dinamis, Vol 3, No. 3 Desember 2012
Daftar Pustaka 1. 2.
3.
4.
5.
6.
7.
Anderson, John D., Jr., 1986. Fundamental of aerodynamic, Mc Graw-Hill, New York. Darusalam, 2013, Analisa Aerodinamika Pada Ahmed Body Car Dengan Menggunakan Software Berbasis Computational Fluid Dynamic (CFD), Tugas Akhir Teknik Mesin, Universitas Gunadarma, Jakarta Dieter L. Goerge., & Schmidt C. Linda., 2009, Engineering Design, Fourth Edition, Published by McGraw-Hill Companies, New York. Fox, Robert W. And Mc donald, Alan T., 2003, Introduction to fluid mechanics, 6th Editon, Jonh Wiley & Sons, Inch., New Y ork Gerhart, Philip M, Gross, Richard J., & Hochstein, John I., 1992, Fundamentals of nd Fluid mechanics, 2 ed, Addison- Wesley Publishing Company., New York. Hamidi, Abdullah., 2011 , Analisa Aerodinamika Pada Permukaan Urban Concept Car SEM UI “Kalabiya” dengan CFD, Tugas Akhir Tenik Mesin, Universitas Indonesia, Depok. Hucho, Wofl-Heinrich., 1998, Aerodynamic of th road vehicles, 4 ed, SAE international, London
35
