KOEFISIEN LIFT DAN DRAG PADA SUDU RUNNER ... - jurnalsmartek

Jurnal SMARTek, Vol. 5, No. 3, Agustus 2007: 181 - 189(a)berputar pada wind tunnel sebagaisimulasi dari casing runner turbin aliransilang. Pergerakan putaran bervariasiper 2 O sebagai variasi perubahan angleof attack. Untuk mengetahui karakteristikmedan aliran yang terjadi, makapengukuran yang dilakukan padapengujian ini adalah pengukuranaliaran 2 dimensi denganmenggunakan five hole probe danInclined manometer. Parameter yangdiukur adalah tekanan stagnasi dantekanan statis yang dilakukan pada :a) Sepanjang Pitch (t) = 120 mm, ditengah span untuk tiap variasiincidence dan variasi staggerdengan pergerakan Fife hole probeper 6 mm.b) Didepan blade (daerah inletkaskade), untuk mengetahuidistribusi kecepatan masuk (C1).Gambar 3. Stream line yang melewatisuatu airfoil (a) α ≈0 0 , (b) α≈ 20 0[4]Separasi mempunyai pengaruhyang serius terhadap rancangan unjukkerja yang signifikan pada komponensuatu sistim, baik pada sistem yangmenggunakan aliran internal maupunaliran eksternal, bahkan seringkali dapatmenyebabkan kerusakan padakomponen tersebut.Pada sistem aerodinamik yangmenggunakan airfoil sebagaikomponennya, proses separasi inimenyebabkan terjadinya kondisi stall,dimana terjadinya penurunan koefisienlift dari airfoil tersebut. Pada sebuahpesawat terbang pada kondisi stall inimerupakan kondisi batas dari dayaangkat sebuah pesawat terbang,sementara pada kompressoraerodinamik, stall dinyatakan sebagaikerugian energi (energy losses).3. Metode Penelitian3.1 Pengambilan dataSusunan sudu/blade ditempatkan pada dinding yang dapat3.2 Data pengukuranPersamaan yang digunakan dalammenganalisis data, sebagai berikut :Data pengukuran :(Po – P1) ; (Po – P2) ; (Po – P3)(Po – P4) ; (Po – Ptl) ; (Po – Pst)Koefisien sudut aliran :P4− P2k ( y,z)= …………………….. (7)βΔPP3− P1k ( y,z)= ……………………….(8)γΔPdimana :⎡1ΔP(y,z)= ⎢⎢5⎣4∑⎛ 1⎜Pi−⎝ 54∑2⎞ ⎤P ⎟ ⎥j⎠ ⎥⎦1/ 2⎡ 1+ ⎢P0−⎣∑i= 0j=0 4 i=14⎤Pi⎥⎦………………………………….. ...(9)Variabel sebagai fungsi terhadapkoefisien sudut aliran α dan γ :α(y,z) = f1 (k β , k γ ), kp (y,z) = f3 (k β , k γ ),γ(y,z) = f2 ((k β , κ γ ), kpt(y,z) = f4 (k β k γ )......................................................(10)dimana : f1 s/d f4 merupakanpersamaan polinomial berderajat mdan n :184

Jurnal SMARTek, Vol. 5, No. 3, Agustus 2007: 181 - 189y+1 C∫ μ(y,z)2x( y,z)dyy Cμ ( z)=12……….(26)y+1⎡C2x⎤∫ ( y,z)⎥ dyy C1⎢⎣y+ 1 Δ p C∫ ( y,z)2x( y,z)dyΔpy q( ) =1Cz12q1 y+1⎡C2x⎤∫ ( y,z)⎥ dyy C1⎢⎣Turning angle, Δα(z) :⎦⎦……………………………..(27)Δα 12 (z) = α 1 − α 2,Μ (z) ………….(28)4. Hasil dan PembahasanHarga koefisien lift dan koefisiendrag tidak lepas dari pengaruhperubahan harga air outlet angle (α 2 )yang terjadi, dimana harga α 2 sangatdipengaruhi oleh terjadinya separasi(wake) yang terjadi pada permukaansudu. Dari hasil penelitian yangditunjukkan pada gambar 4 untukketiga variasi stagger (λ = 30 o , 40 o dan50 o ), harga α 2 menurun tajam padasudut serang (α) = 0 o hingga 4 o dankemudian meningkat secara drastispada α = 20 ο . Sementara padaα = 14 ο hingga 18 o harga α 2 terlihatmeningkat secara perlahan, bahkancenderung konstan.Posisi blade yang masihcenderung datar (sejajar arah aliran)pada angle of attack α = 0 omenyebabkan aliran cenderung akanmengalir secara bebas tanpa mengikutikelengkungan dari blade, sehinggasudut α 2 relatif lebih besar dibandingkansudut serang (angle of attack).Seiring dengan peningkatanharga angle of attack maka perlahanmenyebabkan titik pressure minimumbergerak kearah pressure side, sehinggaperlahan aliran fluida dapat mengalirmengkuti kelengkungan blade. Hal inimenyebabkan turunnya hargaα 2 hingga pada sudut serang α = 4 o .Selanjutnya pada sebuah blade,jika α terus diperbesar akanmenyebabkan aliran yang memilikilintasan lengkung pada daerah suctionside makin dipercepat karena seiringdengan peningkatan blade loadingmaka titik stagnasi akan bergeser kearah pressure side dan dengansendirinya akan menggeser titik tekananminimum pada suction side kedepan(ke arah leading edge), hal ini akanmendorong terjadinya separasi aliranpada section side yang lebih hebatkarena adverse pressure gradient yangterjadi semakin besar, yang terjadi padaα = 18 ο hingga 20 oSepanjang aliran fluida padasuction side masih mampu mengikutilintasan permukaan blade maka outletangle (α 2 ) tidak mengalami perubahanyang sigifikan, yang tampak padaα = 14 ο hingga 18 o . hal ini menunjukkanbahwa pada range tersebut belumterjadi free shear layer.Akibat dari separasi aliran ini jugaberpengaruh pada grafik koefisien dragpada gambar 5 yang memiliki polayang sama dengan gambar 4. Hal inimembuktikan bahwa koefisien dragpada sudu berbanding lurus terhadapperubahan air outlet angle (α 2 ).Gambar 6, menunjukkan bahwakecepatan keluar sudu semakinmenurun seiring dengan perubahanangle of attack hingga pada sudut α =18 o , kemudian menanjak tajam padapembesaran sudut serang berikutnya,hal ini juga merupakan efek wake padapermukaan sudu. Akibat wake tersebutmaka aliran akan terdesak ke atasmenuju pressure side sudu berikutnya,akibatnya luas daerah lintasan fluidaakan semakin sempit dan akhirnyaberdampak kepada naiknya kecepatanaliran keluar sudu.Harga koefisien lift yangditunjukkan pada gambar 7., grafik 7menunjukka kecenderungan yangterbalik dengan gambar 6. dimana186

Koefisien Lift dan Drag pada Sudu Runner Turbin Aliran Silangdengan Menggunakan British Profil 9C7/32,5 C50(Kennedy Marsan)harga koefisien meningkat seiringdengan peningkatan sudut seranghingga mencapai puncak pada sudut α= 18 o . Selanjutnya koefisien lift menurundrastis atau telah mencapai kondisi stallpada angle of attack diatas 18 o .Mengacu kepada pernyataanbahwa penurunan kecepatan aliranfluida oleh sudu akan menyebabkanperpindahan energy dari fluida kerunner, maka gambar 6 tersebutmenunjukkan bahwa perpindahanenergy terbesar oleh fluida ke runneryang terjadi pada sudut serang18 ο , seiring dengan peningkatan dan titikpuncak harga koefisien lift.Dari gambar 6 dan 7 hasilpenelitian menunjukkan pengaruh darisudut stagger terhadap harga koefisienlift, semakin besar sudut stagger runnermaka akan semakin besar perpindahanenergy ke runner, dimana hargakoefisien lift terbesar terjadi padastagger 50, yaitu 1,281 pada α = 18 o .6050402 o3020100Stagger 30Stagger 40Stagger 500 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22Angle Of Attack (α ) oGambar 4. Grafik air outlet angle terhadap Angle of attackGambar 5. Grafik koefisien drag terhadap Angle of attack187

Jurnal SMARTek, Vol. 5, No. 3, Agustus 2007: 181 - 189Gambar 6. Grafik Perbandingan Kecepatan Aliran terhadap Angle of attackGambar 7. Grafik Perubahan Koefisien lift terhadap Angle of attack188