https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## INVESTIGASI ANALISIS NUMERIK PADA PENGARUH PERBANDINGAN DIAMETER INLET DAN OUTLET GUIDE VANE TERHADAP VELOCITY PROFILE

## INVESTIGATION OF NUMERICAL ANALYSIS IN THE EFFECT OF COMPARISON OF INLET AND OUTLET DIAMETER OF GUIDE VANE ON VELOCITY PROFILE
Roy Ama Ratu 1) , Fajar Anggara 2) 1.2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta Kembangan, Jakarta Barat email: royamaratu@gmail.com 1) , fjranggara91@gmail.com 2)*
Received:
29 Januari 2020 Accepted: 3 Juni 2020 Published: 25 Juni 2020 © 2020 SJME Kinematika All
Rights Reserved.

## Abstrak
Karena keluaran angin kondensor yang sangat tidak merata atau tersebar, perlu dirancang saluran sebagai direktur aliran angin kondensor. Diharapkan mampu mengarahkan  aliran  keluaran  angin  kondensor  dan  menjaga  stabilitas  jumlah angin yang akan diterima oleh baling-baling. Salah satu caranya adalah dengan membuat  variasi  dalam  desain  ducting  dan  guide  vane  ducting  untuk mendapatkan aliran optimal atau hembusan angin  dari aliran angin  yang akan dihembuskan  oleh  kondensor.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk menemukan  pengaruh  rasio  dimensi  dan  nilai  rasio  terbaik  terhadap  variasi desain  profil  ducting  menggunakan  perbandingan  dimensi  diameter  baling- baling  panduan  dan  panjang  baling-baling  panduan  dengan  metode Computational  Fluid  Dynamics (CFD).  Dalam  penelitian  ini  menggunakan rasio diameter guide vane yang terdapat D1 dan D2 pada diameter guide vane. Dengan  hasil  penyelidikan  menghasilkan  desain  terbaik  dan  optimal  untuk mengalirkan aliran angin kondensor di mana Variasi C memberikan kecepatan maksimum  7  m/s  hingga  7,2  m/s  dan  mengarahkan  untuk  memindahkan  dan memutar baling-baling atau bilah generator.
Kata Kunci : Analisa Numerik, Turbin Angin, Rasio Dimensi, Guide Vane

## Abstract
Because of the very uneven or spread wind output of condenser, it is necessary to  design  ducting  as  the  condenser  wind  flow  directors.  It  is  expected  to  be able to direct the condenser wind output flow and maintain the stability of the amount  of  wind  that  will  be  received  by  the  propeller.  One  of  the  ways  is  by making variations in the design of the ducting and guide vane ducting in order to get the optimal flow or wind gusts from the flow of wind that will be exhaled by  the  condenser.  The  aim  of  this  research  is  to  find  the  effect  of  dimension ratios and the best ratio value to the variation of profile ducting design using a comparison of the dimensions of the guide vane diameters and the length of the guide  vane  with  the  Computational  Fluid  Dynamics  (CFD)  method.  In  this research  using the  ratio  of  the  guide  vane  diameter  that  is  contained  D1  and D2  on  the  guide  vane  diameter.  With  the  results  of  the  investigation  produce
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
the  best  and  optimal  design  to  flow  condenser  wind  flow  where  Variation  C provides  a  maximum  speed  of  7m  /  s  to  7.2  m  /  s  and  directs  to  moving  and rotating blades or blades generator.
Keywords: Numerical Analysis, Wind Turbine, Dimension Ratio, Guide Vane.
DOI: 10.20527/sjmekinematika.v5i1.98
How to cite : Ratu,  R.A.,  & Anggara ,  F.,  “Investigasi  Analisis  Numerik  Pada  Pengaruh  Perbandingan  Diameter  Inlet dan Outlet  Guide  Vane Terhadap Velocity  Profile”, Scientific  Journal  of  Mechanical  Engineering Kinematika, 5(1), 1-10, 2020.

## PENDAHULUAN
Energi  adalah  kemampuan  untuk  melakukan  pekerjaan.  Energi  adalah  daya  yang dapat  digunakan  untuk  melakukan  berbagai  proses  kegiatan  meliputi  energi  mekanik, panas,  dan  lain-lain,  energi  menjadi  suatu  kebutuhan  yang  sangat  vital  bagi  kehidupan manusia saat ini, Tidak terkecuali negara Indonesia yang memiliki berbagai macam energi melimpah  didalamnya  baik  energi  yang  sifatnya  dapat  diperbaharui  seperti  energi  air, matahari, angin, biomassa, panas bumi dan energi laut [1].
Energi  yang  dapat  diperbaharui (renewable  energy )  ini  memiliki  keutamaan  yang tidak  dimiliki  oleh  energi  yang  tidak  dapat  diperbaharui  ( non-renewable  energy ),  yaitu energi  tersebut  tidak  akan  pernah  berhenti  atau  habis  selama  siklus  alam  masih berlangsung,  ramah  lingkungan  dan  dapat  meminimalisir  polusi  lingkungan.  Sedangkan non-renewable energy merupakan energi  yang akan  habis  jika dipakai terus  menerus dan menghasilkan polusi jika digunakan[2]
Dengan  melakukan  pembuatan  pembangkit  listrik  tenaga  alternatif  bertenaga hembusan  angin  kondesor  yang  dimana  angin  keluaran  kondensor  yang  terbuang  dengan sia-sia dapat dimanfaatkan menjadi sumber energi penggerak baling-baling generator maka fungsi dari ducting dan guide vane sangat penting untuk berlangsung nya aliran angin yang keluar  dari  keluaran  kondensor  yang  tidak  beraturan  sehingga  peran guide  vane sangat penting  untuk  memusatkan  dan  mengarahkan  aliran  angin  menuju  permukaan blade atau baling-baling generator agar dapat memutarkan dan menggerakan secara optimal [3].
Penelitian  berupa  eksperimen  dan  analisa  sudah  dilakukan  dengan  mendesain ducting yang  berbeda  [4]  hasil  penelitian  ini  menyimpulkan  semakin  baik  desain profile pada ducting semakin baik hasil besaran angin yang akan di alirkan terhadap baling-baling generator.
Tabel 1. Tingkat kecepatan angin Kelas Angin Kecepatan Angin m/d Kecepatan Angin km/jam Kecepatan Angin knot/jam 1 0.3 ~ 1.5 1 ~ 5.4 0.58 ~ 2.92 2 1.6 ~ 3.3 5.5 ~ 11.9 3.11 ~ 11.42 3 3.4 ~ 5.4 12.0 ~ 19.5 6.61 ~ 10.5 4 5.5 ~ 7.9 19.6 ~ 28.5 10.7 ~ 15.4 5 8.0 ~ 10.7 28.6 ~ 23.5 15.6 ~ 20.8 6 10.8 ~ 13.8 38.6 ~ 49.7 21 ~ 26.8 7 13.9 ~ 17.1 49.8 ~ 61.5 22.7 ~ 33.3 8 17.2 ~ 20.7 61.6 ~ 74.5 33.5 ~ 40.3 9 20.8 ~ 24.4 74.6 ~ 87.9 40.5 ~ 47.5 10 24.5 ~ 28.4 88.0 ~ 102.3 47.7 ~ 55.3 11 28.4 ~ 32.6 102.4 ~ 117.0 10.7 ~ 63.4 12 > 32.6 > 118 63.4
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  manganalisis  aliran  angin  yang  dihembuskan kondensor  melaui profile ducting dengan  metode  komputasi  dan  simulasi  fluida  dinamis dengan software ansys  yang  dimana  penelitian  akan  melakukan  suatu  pengembangan konsep desain yang akan dibuat menggunakan perbandingan konsep desain profile ducting untuk melakukan optimaliasi kinerja ducting .

## Governing Equation
Berdasarkan  asumsi-asumsi  diatas  maka  persamaan  yang  digunakan  adalah sebagaimana tertera dibawah ini :
Persamaan energi:
∂p(h+fl)
∂t + ∇ ρv ( h+fl ) = ∇ . ( k ∇ T ) +s (1)
∂ph ∂t + ∇ ρvh= ∇ . ( k ∇ T ) - ∂pfl ∂t - ∇ pvfl+s (2)
Persamaan momentum:
∂ρ ∂t +u ∂ρ ∂x +v ∂ρ ∂y +w ∂ρ ∂z + ρ ( ∂u ∂x + ∂v ∂y + ∂w ∂z ) =0 (3)
ρ Dv Dt = - ∂ρ ∂t + ∂σxy ∂x + ∂τyy ∂y + ∂τz ∂z +ρf (4)

## METODE PENELITIAN
Metodologi  penelitian  adalah  cara  atau  prosedur  yang  berisi  tahapan-tahapan  yang jelas  dan  disusun  secara  sistematis  dalam  proses  penelitian.  Dalam  penyusunan  Tugas Akhir  ini  dimulai  dengan study  literature dan  pengumpulan  data  mengenai  kondisi kecepatan  angin  dan  suhu  yang  terjadi  ketika Fan kondensor  menghembuskan  keluaran angin  serta  desain  saluran  angin  yang  akan  di  distribusikan  terhadap blade generator melalui Ducting dan vane  guide sebagai  pengarah  atau  pemusat  hembusan  angin  yang akan di arahkan nantinya mengenai blade generator.
Untuk    selanjutnya  dilakukan  pemodelan  desain profile  ducting dan vane  guide dengan  perangkat  lunak  Solidworks  versi  2017.  Dalam  menentukan  parameter  batas simulasi  digunakan  perhitungan  analitik.  Pemodelan  yang  dibuat  disimulasikan  dengan perangkat  lunak  ANSYS  Fluent  18.1  untuk  mengetahui  fenomena-fenomena  yang  terjadi di dalam profile ducting kondensor.
1. Studi Literatur
Dalam  studi  literatur penulis  menggunakan  referensi  yang  berasal  dari  desain ducting  yang sudah ada dan  literatur, literatur berasal dari:  buku,  jurnal, Tesis dan Tugas Akhir.  Parameter  yang  dipergunakan  pada  simulasi  ini  ditampilkan  pada  tabel  2  dalam proses simulasi digunakan beberapa asumsi, yaitu:
 Fluida dalam kondisi steady state
 Fluida tak termampatkan ( incompressible )
 Kondisi temperatur operasi konstan (isotermal)
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Tabel 2. Data Parameter Simulasi No Parameter Batas Nilai / Kondisi Batasan 1 Jenis aliran Internal flow 2 Jenis simulasi Steady flow 3 Jenis fluida Udara ( air ) 4 Material Ducting SS41 5 Air inlet velocity (m/s) 4 6 Operating pressure (atm) 1 7 Operating temperature ( 0 C) 48

## 2. Konsep Desain Ducting
Dalam  rangka  meningkatkan  potensi  desain  yang  akan  dibuat  akan  dipelajari desain  yang  terdahulu  serta  memikirkan  aspek  ringkas  dan  mudah  untuk  dipasang  ke dalam  unit  kondensor  serta  memiliki  kinerja  yang  optimal  dalam  mendistribusikan hembusan  angin  yang  keluar  dari  kipas  kondensor  dan  juga  bentuk  yang  ergonomis. Metode  yang  digunakan  untuk  membandingkan  kinerja  dari  keluaran profile  ducting dengan menggunakan CFD untuk desain geometri ducting serta variasi pembanding profile design ducting menggunakan software solidworks.

## Gambar 2. Konsep desain ducting
3. Proses Simulasi
Simulasi  dilakukan  untuk  memperoleh  data  yang  berkaitan  dengan  fenomena fenomena  di  saluran ducting dan guide  vane  ducting serta  variasi  desain profile  ducting sebelum  terkena  permukaan blade generator.  Proses  simulasi  menggunakan  perangkat lunak ANSYS Fluent 18.1. Tahapan-tahapan simulasi dijelaskan sebagai berikut:
Proses Geometri : Tahap geometri adalah proses memasukan pemodelan yang telah dibuat  di  perangkat  lunak  Solidworks  2017  dan  kemudian  di import ke  dalam  perangkat lunak  ANSYS  Fluent  18.1.  Variasi  desain  yang  dilakukan  ialah  menggunakan perbandingan diameter (D1) guide vane dengan diameter (D2) ducting D1 D2 .
Guide Vane Ducting
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Gambar 3. Skema konsep perbandingan diameter guide vane

## Tabel 3. Perbandingan dimensi konsep variasi desain
Tipe Variasi ( D1 D2 ) Diameter Guide vane (D1) Diameter Guide vane (D2) A ( 1 1 ) 140 mm 140 mm
B ( 1 2 ) 140 mm 280 mm
C ( 1 2.5 ) 140 mm 350 mm (A)
Gambar 4. Geometri Konsep Perbandingan Diameter Guide Vane
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
(B) (C)
Gambar 5. Geometri Konsep Perbandingan Diameter Guide Vane (lanjutan)
Proses Meshing :  Tahap  selanjutnya  setelah  mendefinisikan  geometri  adalah meshing .  Tahap  ini  akan domain menjadi  bagian-bagian  kecil  dan  dihubungkan  dengan titik  ( nodes ).  Semakin  kecil  elemen meshing maka  akan  semakin  akurat  hasil  yang diperoleh. Adapun hasil meshing dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Meshing Konsep Perbandingan Diameter Guide Vane
Tabel 4. Nilai Hasil Meshing Konsep Desain Ducting No Tipe Variasi STATISTIK Nodes Elements Elements Quality (average) Mesh Metric 1 Variasi A 1811 8203 0,75 Orthogonal Quality 2 Variasi B 1805 8032 0,75 Orthogonal Quality 3 Variasi C 1804 7865 0,76 Orthogonal Quality
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Gambar 7. Mesh Metric
Proses Setup :  Pada  tahap  ini,  dilakukan  beberapa  pengaturan  terkait  permasalahan yang  akan  dianalisis.  Langkah  yang  dilakukan  meliputi  pengaturan  tipe  analisis  berupa analisis steady  state,  boundary  condition, kecepatan,  dan  jenis  fluida  yang  digunakan dalam  proses  simulasi  berikut  adalah  parameter  yang  akan  digunakan  untuk  melakukan setup dengan data pada Tabel 5:
Tabel 5. Parameter Kondisi Batas
No Kondisi Batas Desain Rasio Diameter Guide Vane (D1/D2) Variasi A Variasi B Variasi C 1 Inlet Type velocity- inlet velocity- inlet velocity- inlet Kecepetan 4 m/s 4 m/s 4 m/s Temperatur 321 K 321 K 321 K 2 Outlet Type pressure-outlet pressure-outlet pressure-outlet Pengukuran tekanan 0 pa 0 pa 0 pa 3 Dinding ducting Type Wall Wall Wall Shear condition No slip No slip No slip Material Alumunium Alumunium Alumunium

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data  dan  hasil  penelitian  adalah  berupa  kontur  kecepatan  aliran  angin  yang  terjadi diarea profile  ducting terutama  outlet bagian  ducting yang  dimana  hasil  dari  simulasi adalah  menggunakan  perbandingan  konsep  variasi  diameter  (D1) guide  vane dengan diameter (D2) ducting D1 D2 sehingga akan menhasilkan kecepatan angin yang beragam dan bervariasi  berikut  adalah  kontur  hasil  dari  simulasi  menggunakan properties  setting yang telah dijelaskan diatas serta menggunakan parameter setting yang telah di dapatkan melalui proses  pengukuran  dan  studi  literatur  yang  telah  dilakukan  berikut  adalah  hasil  dari simulasi yang telah dilakukan beberapa tahap diatas:

## Gambar 8. Hasil kontur kecepatan angin variasi desain A
Dari hasil Gambar 8 terlihat kontur kecepatan aliran udara pada ducting terlihat sama saat  pada outlet  ducting .  Hal  ini  karena  diameter guide  vane D1  dan  D2  sama  sehingga penambahan  kecepatan  aliran  angin,  efek  dari  kontinuitas  tidak  ada.  Didapat  kecepatan keluaran pada profile ducting ini menghasilkan kecepatan maksimal 3,7 m/s pada outlet.
Gambar 9. Hasil kontur kecepatan angin variasi desain B
Dari  hasil  Gambar  9  terlihat  kontur  kecepatan  pada  sisi  inlet  terdapat  penambahan kecepatan  pada  sisi  outlet.    Hal  ini  dikarenakan  ada  nya  penyempitan  pada  luasan penampang outlet dan  karena  hukum  kekontinuitasan  massa  maka  ada  efek  penambahan kecepatan.  Besaran  kecepatan  angin  yang  dihasilkan  dari outlet ducting hanya sebesar 5m/s dan ini lebih besar dibandingkan kecepatan yang dihasilkan variasi A.
Samping Depan Samping Depan
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## Gambar 10. Hasil kontur kecepatan angin variasi desain C
Dari  hasil  Gambar  10  menggunakan  perbandingan  variasi  C  yang  dimana menggunakan  1:2.5  terhadap  D1  dengan  D2  dan  menghasilkan  aliran  angin  paling  besar dibandingkan  variasi  lainnya.  Hal  ini  akan  sangat  mendukung  desain  turbin  aksial  yang akan dipasang pada keluaran outlet ducting..
Gambar 11. Hasil perbandingan kecepatan aliran angin
Dari  hasil  Gambar  11  perbandingan  variasi  desain, profile  ducting yang  mampu memaksimalkan keluaran angin  yang dihembuskan oleh kondensor adalah desain ducting variasi  C  dengan  menghasilkan  besaran  keluaran  angin  mencapai  7  m/s  sampai  7,2  m/s yang  dimana  menghasilkan  keluaran  angin  yang  mampu  menggerakan  dan  memutarkan blade bisa lebih cepat.

## KESIMPULAN
Setelah melakukan analisa aliran fluida dengan metode CFD melalui simulasi dapat terlihat fenomena aliran yang terjadi didalam profile ducting dimana aliran dapat berubah lebih  besar  dibanding  aliran  awal  melalui  variasi  desain ducting dan  desain guide  vane karena  dalam  melakukan  pembesaran  diameter  D2  terhadap  guide  vane  dimana  dimensi ukuran mengikuti pola aliran  angin yang akan mengalir di dalam profile ducting . Dengan melakukan  perbandingan  konsep  variasi  desain  diameter  (D2)  pada  guide  vane  dapat menghasilkan  keluaran  angin  yang  sangat  maksimal  yaitu  kecepatan  aliran  angin  sebesar 7,2 m/s untuk desain variasi C . Hal ini sangat membantu mengarahkan keluaran angin dan
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 D iam e te r D u c ti n g (m ) Velocity (m/s) Velocity Profile Variasi D Variasi E Variasi F A B Depan Samping
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
sekaligus mempercepat kecepatan putaran blade generator. Untuk menghasilkan hasil yang akurat  dan valid dalam  penelitian  selanjutnya  peneliti  dapat  melakukan  metode inlet velocity menggunakan User  Defined  Fuctions (UDF)  agar  hasil  penelitian  yang  di dapatkan lebih akurat.

## REFERENSI
[1] R.  Azzamudin  and  M.  Effendy,  “Analisis  Distribusi  Aliran  Udara  pada  Ruangan  Dengan Variabel  Temperatur  dan  Penempatan  AC  Menggunakan  Metode  Computational  Fluid Dynamics (CFD),” Repos. Univ. Muhammadiah surakarta , 2017.
[2] R. Nanang, Gunarto, and E. Sarwono, “Study Eksperimental Berbagai Macam Jenis Sudu Turbin  Angin  Sumbu  Horisontal  Skala  Laboratorium,” Repos.  Univ.  Muhammadiah Pontianak , vol. 3, no. 2, pp. 113–120, 2017.
[3] T. S. Kannan, S. A. Mutasher, and Y. H. K. Lau, “Design and flow velocity simulation of diffuser augmented wind turbine using CFD,” J. Eng. Sci. Technol. , vol. 8, no. 4, pp. 372– 384, 2013.
[4] F. K. Agung, Fuad, “Computational fluid  dynamics (CFD) simulation and comparison for different  numbers  of  baffles  to  reduce  concentration  polarization  effects  in  membrane tubes,” J. Eng. Technol. Sci. , vol. 49, no. 1, pp. 115–132, 2017.