Volume  13  No.1 Januari 2021 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## RANCANG ULANG DESAIN IMPELLER KIPAS SENTRIFUGAL SISTEM PENDINGIN MESIN SEPEDA MOTOR SKUTIK DENGAN METODE REVERSE ENGINEERING
Muhamad Dewangga 1 , Mohamad Yamin 2
1 Mahasiswa Program Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Jl. Margonda Raya No. 100, Depok, 16424, Indonesia
2 Program Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Jl. Margonda Raya No. 100, Depok, 16424, Indonesia
* Email: mohay@staff.gunadarma.ac.id
Diterima: 21 Februari 2020 Direvisi: 12 Maret 2020 Disetujui: 4 Juli 2020

## ABSTRAK
Kipas  jenis  sentrifugal  telah  banyak  digunakan  sebagai  sistem  pendinginan  mesin  pada  sepeda  motor  jenis skutik. Salah satu parameter yang menunjukkan kinerja dari kipas sentrifugal dalam mengatasi panas kerja mesin adalah  besar  volumetrik  udara  yang  dihasilkan.  Volumetrik  udara  yang  dihasilkan  oleh  kipas  sentrifugal  yang telah digunakan pada sepeda motor jenis skutik masih dapat ditingkatkan dengan cara merancang ulang dengan mengubah  desain  sudu,  jumlah  keseluruhan  sudu  dan  sudut inlet impeller .  Metode reverse  engineering diterapkan  untuk  mendapatkan  desain  referensi  berupa  data  geometri  serta  dimensi  dari part  impeller melalui teknik non-contact  laser  scanning. Metode  simulasi  analisis computational  fluid  dynamics (CFD)  juga diterapkan  untuk  mempelajari  kinerja  dari  masing-masing  desain impeller .  Hasil  simulasi  analisis  CFD menunjukkan  bahwa  keseluruhan  desain  hasil  rancang  ulang  jenis  sudu forward  curved menghasilkan volumetrik  udara  yang  lebih  besar,  khususnya  dengan  sudut  sudu inlet 50°  dan  jumlah  sudu  20    18,85%  lebih besar dari desain impeller referensi dengan jenis backward curved .
Kata kunci: Impeller, Kipas Sentrifugal, Reverse Engineering, Computational Fluid Dynamics

## ABSTRACT
Centrifugal fans have been widely used as engine cooling systems on scooter type motorcycles . Air flow rate is one of the parameters which shows the performance of the centrifugal fans  in overcoming the engine's working heat. The flow rate of the current centrifugal fans that have been used by many scooter type motorcycles can still be improved by redesigning the blade design, the total number of blades and impeller inlet angles. The reverse engineering  method  is  applied  to  obtain  a  reference  impeller  design  in  the  form  of  geometry  data  and dimensions  of  the  impeller  part  through  a  non-contact  laser  scanning  method.  Computational  fluid  dynamics (CFD) methods are also applied to study the performance of each impeller design. The CFD analysis simulation results  shows  that  the  overall  design  of  the  forward  curved  blades  results  in  greater  air  flow  rate  than  the backward  curved  reference  design.  The  forward  curved  design  with  50 ° of inlet  blade  angle  and  20  blade number improved the air flow rate by 18.85%
Keywords : Impeller, Centrifugal Fan, Reverse Engineering, Computational Fluid Dynamics

## PENDAHULUAN
Mesin  sepeda  motor  melepaskan  panas  ke atmosfer dengan cara konveksi. Dinding bagian luar  blok  mesin  dibuat  dengan  berbentuk  sirip yang  bertujuan  agar  blok  mesin  lebih  mudah melepaskan  panas  dan  memperbesar  area penyerapan udara. Permukaan mesin yang panas harus  mendapatkan  aliran  udara  dengan  jumlah yang  memadai,  dengan  demikian  optimasi terhadap  sistem  pendinginan  penting  untuk dilakukan  (Kumar,  V., et  al .,  2008).  Selain konveksi  alami  dengan  memanfaatkan  udara bebas  yang  didapat  saat  sepeda  motor  melaju, kipas  jenis  sentrifugal  juga  diterapkan  sebagai sistem  pendinginan  tambahan  pada  mesin sepeda  motor  dengan  prinsip  konveksi  paksa. Kipas jenis  sentrifugal  ini  hanya  dipasang  pada bagian  belakang  poros alternator ,  sehingga memiliki desain yang relatif ringkas serta biaya yang  rendah  namun  tetap  efisien  dalam  hal sistem  pendinginan  mesin.  Sistem  pendinginan ini  umumnya  diterapkan  pada  kondisi  di  mana konveksi  alami  tidak  cukup  dalam  menangani suhu  kerja  yang  tinggi  pada  suatu  mesin,  atau penggunaan sistem pendinginan dengan bantuan cairan ( liquid cooling ) dianggap terlalu kompleks.
Kinerja  kipas  sentrifugal  yang  telah  digunakan sebagai  sistem  pendinginan  pada  mesin  sepeda motor jenis skutik masih dapat ditingkatkan dari segi  volumetrik  udara  yang  dihasilkan,  salah satunya  dengan  cara  mengubah  parameter  pada desain sudu kipas. Adapun beberapa pertimbangan  dalam  menentukan  desain  kipas sentrifugal,  seperti  bentuk  desain  sudu  kipas, jumlah  sudu  kipas,  serta  dimensi  sudu inlet kipas.  Perbedaan  desain  kipas  tersebut  akan memengaruhi  variabel  yang  dihasilkan,  seperti kecepatan  aliran  udara,  tekanan  aliran  udara, dan  volumetrik  aliran  udara.  Analisis  aliran fluida  udara  yang  dihasilkan  dari  desain  kipas sentrifugal  dilakukan  dengan  menggunakan metode Computational  Fluid  Dynamics (CFD) dengan bantuan perangkat lunak Autodesk CFD 2019.
Reverse  Engineering memiliki  peran  penting dalam  desain  dan  manufaktur  melalui  akuisisi data dan teknologi pemrosesan dalam pengembangan produk. Metode reverse engineering dianggap memiliki beberapa keunggulan  dalam  penerapannya,  di  antaranya yaitu  mengurangi  biaya  dan  waktu  dalam  tahap
pengembangan  produk.  Adapun  prinsip  kerja dari reverse  engineering yaitu  mengekstrak informasi  dari  suatu  produk  berupa  bentuk geometri,  dimensi,  hingga  jenis  material  yang kemudian  digunakan  sebagai  acuan  untuk memodifikasi maupun produksi produk. Metode reverse  engineering diterapkan  untuk memperoleh  informasi  bentuk  geometri  dan dimensi  dari  sebuah part kipas  jenis sentrifugal  yang  digunakan  sebagai  sistem pendinginan  mesin  sepeda  motor  jenis  skutik. Informasi  tersebut  diperoleh  dari  proses digitalisasi  metode non  contact  laser  3D scanning yang  nantinya  akan  digunakan sebagai acuan dasar untuk melakukan rancang ulang  desain  kipas  pada  perangkat  lunak Computer  Aided  Design (CAD)  dan  simulasi analisis  aliran  fluida  udara  pada Computer Aided  Engineering (CAE).  Perkembangan metode  CFD  yang  sangat  pesat  telah menyediakan  metode  penelitian  yang  kuat dalam  melakukan  optimasi  suatu  kipas.  CFD telah  banyak  digunakan  pada  bidang  teknik profesional  karena  memiliki  peran  penting dalam  menghemat  biaya  dan  mengurangi waktu  penelitian  dan  pengembangan  (Huan g, et al ., 2013)
Adapun  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah mendapatkan desain impeller kipas sentrifugal baru  yang  menghasilkan  volumetrik  udara yang  lebih  besar  dari  desain  asli  untuk mengatasi  panas  kerja  yang  dihasilkan  oleh mesin sepeda motor jenis skutik. Metode yang diterapkan untuk mendapatkan desain impeller tersebut  adalah  dengan  mengintegrasikan metode reverse  engineering dan  metode computational  fluid  dynamics (CFD)  untuk melakukan  rancang  ulang  desain  kipas  jenis sentrifugal  yang  digunakan  sebagai  sistem pendinginan  mesin  sepeda  motor  jenis  skutik. Metode reverse  engineering diterapkan  untuk mendapatkan  data  geometri  dari  desain  asli kipas,  yang  selanjutnya  digunakan  sebagai data  acuan  untuk  melakukan  rancang  ulang. Metode computational fluid dynamics diterapkan  untuk  melakukan  simulasi  aliran fluida  yang  dihasilkan  oleh  desain  asli,  dan desain hasil rancang ulang.
Beberapa penelitian sebelumnya telah dilakukan  untuk  mengoptimalkan  sistem pendingan mesin, salah satunya yaitu penelitian yang dilakukan oleh (Kumar, et al .,
Jurnal Teknologi 13 (1) pp 63- 74 © 2021
2008)  mereka  melakukan  3  cara  untuk melakukan optimasi terhadap sistem pendinginan  udara  pada  mesin  sepeda  motor skutik  4  langkah,  yaitu  melakukan  optimasi terhadap  geometri cowl untuk  mengurangi resistensi  aliran  udara,  memilih  dan  mengubah ukuran impeller kipas agar  tahan terhadap  suhu tinggi  yang  dihasilkan  oleh  mesin,  serta melakukan  optimasi  terhadap  profil  dan  bentuk sudu  kipas  untuk  meningkatkan  efisiensi.  Hasil yang  didapat  dari  penelitian  tersebut  yaitu didapat  pengurangan  suhu  sebesar  24 ° C dari target  awal  yaitu  sebesar  20 ° C.  Target  tersebut dicapai salah satunya dengan cara mengoptimalkan desain kipas untuk meningkatkan laju aliran masa udara.
(Singh, et  al .,  2011)  juga  melakukan  penelitian mengenai  kipas  sentrifugal  yang  digunakan sebagai sistem pendinginan mesin sepeda motor. Penelitian  dilakukan  terhadap  kipas  sentrifugal jenis backward dan forward-curved dengan mempelajari  efek  dari  parameter  geometri  yang berbeda-beda,  yaitu  jumlah  sudu,  sudut outlet , dan diameter  ratio .  Efek  dari  ketiga  parameter geometri  tersebut  terhadap  koefisien  daya, koefisien  aliran,  serta  efisiensi  dan  koefisien aliran.  Hasil  dari  penelitian  menunjukan  bahwa peningkatan  jumlah  sudu  akan  berdampak terhadap  koefisien  aliran  yang  diiringi  dengan meningkatnya  koefisien  daya,  hal  tersebut  juga menghasilkan koefisien aliran dan efisiensi yang baik,  yang  disebabkan  oleh  arah  aliran  yang baik.  Hasil  lain  menunjukan  bahwa  kipas dengan  jenis forward  curved menghasilkan efisiensi yang lebih rendah namun menghasilkan laju aliran massa yang lebih besar jika  dibandingkan  dengan  kipas  dengan  jenis sudu backward  curved .  Efek  dari  paramater diameter ratio juga diketahui dapat memengaruhi  efisiensi  dari  kinerja  kipas sentrifugal.
Menurut ( Huang , et al ., 2013) kipas sentrifugal memiliki  struktur  yang  kompak  sehingga banyak  digunakan  sebagai  sistem  pendinginan alat  elektronik,  dengan  demikian  laju  aliran udara  dan  efisiensi  pada  kipas  sentrifugal  perlu ditingkatkan  dengan  cara  merancang  ulang desain  sudu.  ( Amladimanesh ,  et  al.,  2015) melakukan  penelitian  pengaruh  jumlah  sudu kipas  kipas  sentrifugal  dengan  jenis forward curved dengan  sudu  airfoil  NACA  4412 terhadap  turbulensi  aliran  serta  tekanan  yang
dihasilkan  oleh  kipas  sentrifugal  melalui analisis  numerik.  Hasil  yang  didapat  dari penelitian  tersebut  adalah  jumlah  sudu  20 menghasilkan  perfoma  kipas  yang  paling efisien.
Penelitian  lain  juga  dilakukan  oleh  (Brusiani, et  al .,  2014),  mereka  melakukan  penelitian mengenai sistem pendinginan pada sebuah alat pemotong  rumput  yang  menggunakan  mesin motor  bakar  2  langkah.  Adapun  tujuan  dari penelitian  yang  dilakukan  tersebut  adalah memprediksi aspek kritikal yang berhubungan dengan  efisiensi  sistem  pendinginan  mesin motor  bakar  2  langkah  yang  digunakan  pada alat  pemotong  rumput  melalui  analisis  CFD. Hasil  yang  didapat  dari  penelitian  tersebut adalah  efisiensi  dari  sistem  pendinginan meningkat  seiring  dengan  kecepatan  putaran mesin yang juga meningkat. Hal ini disebabkan  oleh  laju  aliran  masa  pendinginan lebih besar daripada gradien beban panas yang terjadi  panas  mesin.  (Khant, et  al .,  2014) menerapkan  metode reverse  engineering terhadap  sebuah blower sentrifugal  untuk melakukan  perbaikan  desain.  Metode reverse engineering diterapkan  karena  dianggap  dapat mengurangi waktu lead time proses perancangan.  Metode  tersebut  dilakukan dengan  cara  membongkar  seluruh  bagian  dari blower dan  mengukur  seluruh  geometrinya dengan menggunakan beberapa teknik dan alat ukur, salah satunya adalah ada bagian impeller desain dilakukan dengan cara menggambarkan titik kordinat yang kemudian dimodelkan pada perangkat  lunak  MATLAB.  Model  geometri 3D juga dimodelkan dengan bantuan perangkat  lunak  CATIA  V5.  Berdasarkan simulasi performa blower sentrifugal menunjukkan  bahwa  parameter  sudut inlet , lebar inlet ,  dan  kecepatan  putaran impeller dapat  memengaruhi  laju  aliran  udara  pada outlet . Hasil dari penelitian tersebut disimpulkan bahwa lead time untuk melakukan perancangan model dapat dipersingkat,  serta  model  yang  didapat  dari metode reverse  engineering dapat  digunakan sebagai  pemilihan  sudut  dan  lebar inlet serta kecepatan putaran impeller untuk mendapatkan  nilai  laju  aliran  sesuai  dengan yang diharapkan.
(Engel, et al ., 2019) mengintegrasikan metode reverse  engineering dan  inspeksi  kegagalan
dengan  metode finite  element  method (FEM) pada  perbaikan  sebuah part mekanik  di  saat tidak  tersedianya  data  spesifikasi  dari  desain original. Metode reverse engineering dilakukan  dengan  metode non-contact  laser scanning untuk  mendapatkan  3D  CAD  Model dari  model part asli,  yang  kemudian  dilakukan analisis  kegagalan  dengan  bantuan  perangkat lunak abaqus . Hasil dari penelitian disimpulkan bahwa integrasi antara metode reverse engineering dan  analisis  kegagalan  dengnan metode  FEM  dapat  diterapkan  pada  suatu kondisi  untuk  mendapatkan  sebuah  desain part baru  yang  berfungsi  sebagai  pengganti,  dengan spesifikasi yang lebih baik dari desain part asli.
(Sholikin, dan Carolus Bintoro, 2016) menerapkan metode reverse engineering dengan teknik optical  3D  scanning menganalisis tegangan  pada bracket  engine  mounting .
Analisis  tegangan  dilakukan  pada  perangkat lunak  CAE  dengan  metode  elemen  hingga. Model  CAD  yang  dianalisis,  merupakan  hasil dari pemodelan yang dibentuk dari data .stl hasil proses scanning .
Perbandingan  selisih  ukuran  dimensi  antara model  dari  hasil reverse  engineering dan pengerjaan  hasil  CNC  sebelumnya  juga  telah dilakukan  oleh  (Rahman,  Y., et  al .,  2017). Teknik reverse  engineering yang  digunakan adalah optical  laser  scanning dan  simulasi pengerjaan  CNC.  Hasil  penelitian  menunjukan adanya selisih ukuran model sebesar 0,5 hingga 2mm.
Berdasarkan  studi  literatur  dari  penelitian sebelumnya,  bahwa  permukaan  mesin  yang panas  harus  mendapatkan  aliran  udara  dengan jumlah  yang  memadai,  dengan  demikian optimasi  terhadap  sistem  pendinginan  penting untuk dilakukan (Kumar, V., et al ., 2008) maka dapat  disimpulkan  bahwa  rancang  ulang  desain impeller perlu  dilakukan  untuk  meningkatkan kinerja  sistem  pendinginan  dalam  mengatasi panas  kerja  yang  dihasilkan  oleh  mesin  sepeda motor.  Metode reverse  engineering diterapkan untuk  mendapatkan  data  geometri  dan  dimensi model  CAD  dari  bentuk  fisik impeller kipas sentrifugal  pada  kondisi  tidak  tersedianya  data spesifikasi  bentuk  geometri  mengenai impeller tersebut.  Kipas  jenis  sentrifugal  dengan  desain sudu  jenis forward  curved juga  diketahui memiliki  karakteristik  yang  lebih  baik  dalam
menghasilkan volumetrik udara dengan berdasarkan  pertimbangan  tersebut,  desain awal  sudu  kipas  jenis backward  curved akan dimodifikasi menjadi jenis forward curved.

## METODE PENELITIAN
Adapun  alur  penelitian  yang  dilakukan  terdiri dari  pengambilan  data  bentuk  geometri impeller ,  perancangan  ulang  desain impeller, analisis  simulasi  CFD  dari  tiap-tiap  desain, analisis perbandingan hasil simulasi CFD dari tiap-tiap  desain,  dan  penarikan  kesimupan serta  pemberian  saran.  Seluruh  alur  penelitian tersebut  digambarkan  dengan  diagram  alur sebagai berikut.
YA Mulai Pengambilan data geometri ( Reverse Engineering ) TIDA K Perbaikan geometri model
CAD Analisis simulasi CFD desain referensi impeller Rancang ulang desain impeller Analisis simulasi CFD desain
impeller hasil rancang ulang
Analisis perbandingan laju aliran volumetrik udara dari masing-masing desain impeller
Desain impeller hasil rancang ulang lebih baik? Selesai Kesimpulan dan Saran
Jurnal Teknologi 13 (1) pp 63- 74 © 2021
Kipas  sentrifugal  yang  digunakan  pada  sistem pendinginan  mesin  terdapat  di  dalam  housing yang  terletak  pada  sisi  kanan  bawah  sepeda motor.
Posisi  penempatan  kipas  tersebut  berdekatan langsung  dengan  bagian  blok  mesin  sepeda motor,  sehingga  aliran  fluida  udara  dapat langsung terdistribusikan ke seluruh bagian blok mesin sepeda motor untuk membantu pelepasan panas  melalui  sirip-sirip  yang  berada  di sekeliling dinding blok mesin. Kipas sentrifugal terhubung  langsung  dengan generator ,  yang mengakibatkan  putaran  kipas  ditentukan  oleh
putaran generator yang di mana putaran tersebut juga  ditentukan  oleh  putaran  mesin  sepeda motor.  Desain impeller kipas  awal  yang digunakan  sebagai  referensi  memiliki  18  sudu jenis backward  curved dengan  sudut inlet sebesar 55°.
Metode Pengambilan data Pada penelitian ini pengambilan data dilakukan  sebanyak  dua  tahap.  Pengambilan data  pertama  dilakukan  untuk  memperoleh data  geometri  dalam  bentuk  model  CAD desain impeller ,  perbaikan  geometri  model CAD, serta perancangan ulang desain impeller yang  mengacu  kepada  desain  referensi. Pengambilan data selanjutnya dilakukan dengan  melakukan  analisis  melalui  simulasi computational fluid dynamics untuk mengetahui  laju  aliran  volumetrik  udara  yang dihasilkan dari masing-masing desain impeller .
Metode Reverse Engineering Metode reverse  engineering diterapkan  untuk memperoleh  informasi  bentuk  geometri  dan dimensi  dari  sebuah impeller kipas  jenis sentrifugal  yang  digunakan  sebagai  sistem pendinginan  mesin  sepeda  motor.  Informasi tersebut  diperoleh  dari  proses  digitalisasi dengan  metode non-contact  laser scanning menggunakan Creaform  HandySCAN  700™ . Reverse  engineering menjadi  suatu  solusi karena  tidak  tersedianya  data  CAD  asli  dari part  impeller kipas  sentrifugal. Scanning dilakukan  pada  dua  perspektif  yang  berbeda,
Gambar  4 . Proses scanning impeller dengan Creaform HandySCAN 700™
Gambar  2 . Impeller kipas  sentrifugal  pada sistem pendinginan mesin sepeda Motor
Gambar  3. Kipas  sentrifugal  pada  sistem pendinginan mesin sepeda motor jenis skutik
pertama  pada  bagian  atas  objek impeller ,  dan dilanjutkan pada bagian sisi samping dari objek impeller .
Objek impeller diletakkan  pada  sebuah  meja putar  yang  berfungsi  agar  objek impeller dapat bergerak secara berputar dengan stabil pada saat proses scanning . Penggunaan scannner Creaform  HandySCAN  700™ serta  perangkat lunak VXelement pada proses scanning memungkinan untuk membentuk surfaces (permukaan)  objek  3D  berupa mesh secara langsung  tanpa  melewati  tahapan  titik  awan ( point  cloud )  terlebih  dahulu,  sehingga  waktu pemerolehan data geometri dengan format .STL dapat berkurang.
Creaform HandySCAN 700™ terhubung dengan PC  Laptop HP  ZBook  15  Workstation selama proses scanning berlangsung,  sehingga  proses dan hasil scanning ditampilkan secara real time melalui  perangkat  lunak VXelements .  Adapun beberapa fitur pada perangkat lunak VXelements yang digunakan pada saat proses scanning yaitu penghapusan  objek  yang  tidak  termasuk  pada bentuk  geometri impeller ,  serta  fitur pause dan continue scanning pada  saat  pengubahan perspektif proses scanning pada bagian atas dan sisi samping objek impeller .

## Perbaikan Geometri Model CAD
Bentuk  geometri  dari  hasil  keluaran  objek  3D dengan format .STL dari tahap metode scanning tidak  seluruhnya  terpenuhi,  hal  ini  disebabkan oleh  ketidaksempurnaan  proses scanning yang menyebabkan  adanya  bagian  cacat  pada
impeller yang  selanjutnya  diperbaiki  dan diubah menjadi objek 3D dengan format solid . Hal  ini  ditujukan  agar  objek  3D  dapat dirancang ulang dengan perangkat lunak CAD serta  dilakukan  simulasi  analisis  volumetrik udara  yang  dihasilkan.  Perbaikan  serta pembentukan  geometri  objek  3D  format solid dilakukan  pada  perangkat  lunak Geomagic Design X . Hasil keluaran yang dihasilkan dari tahapan  ini  adalah  sebuah  objek  3D impeller kipas  sentrifugal  format  solid  yang  bentuk geometrinya  sudah  terpenuhi  seluruhnya. Objek 3D impeller format solid memiliki skala perbandingan  dimensi  1:1  dengan  objek  fisik aslinya.
Gambar 5 . Hasil keluaran  objek 3D dengan format STL dari tahap metode scanning pada
perangkat lunak VXelements Gambar  6 . Perbaikan  (a)  dan  pembentukan
(b)  objek  3D  format  solid  pada  perangkat lunak Geomagic Design X
Jurnal Teknologi 13 (1) pp 63- 74 © 2021
Perancangan  Ulang  Desain Impeller Kipas Sentrifugal Perancangan  ulang  desain impeller kipas sentrifugal  dilakukan  dengan  mengacu  pada desain  awal  dari  model  CAD impeller yaitu desain  sudu  dengan  jenis backward  curved , dengan  demikian  rancang  ulang  dilakukan hanya  pada  desain  bagian  sudu  kipas  tanpa mengubah dimensi keseluruhan impeller .
Perancangan  ulang  desain impeller dilakukan dengan bantuan perangkat lunak CAD Autodesk Inventor  Pro  2020 secara  berulang  dengan mengubah  sudut  sudu inlet ,  serta  jumlah keseluruhan  sudu.  Profil  sudu  yang  digunakan, mengacu  pada  desain airfoil NACA  4412. Penggunaan  profil  dalam  perancangan  sudu impeller jenis forward curved tersebut dilakukan  atas  pertimbangan  pada  penelitian sebelumnya  (Lin,  S.  C., et  al .,  2002)  yang diketahui  bahwa  profil  airfoil  NACA  4412 memilki  karakteristik  kinerja  yang  baik  dalam penggunaannya  sebagai  sistem  pendinginan pada putaran impeller yang rendah.
Perancangan  dilakukan  sebanyak  6  kali  dengan mengubah  desain  sudu  kipas  menjadi forward curved dengan  6  sudut inlet (θ)  yang  berbeda, yaitu 35°, 40°, 45°, 50°, 55°, dan 60°. Pemilihan 6  variasi  besar  sudut inlet tersebut  dilakukan atas dasar pertimbangan sudut sudu inlet desain awal yaitu sebesar 55°.
Perubahan  jumlah  sudu  juga  dilakukan  pada desain yang memiliki karakteristik kinerja yang
paling  baik.  Perubahan  jumlah  sudu  tersebut dilakukan  untuk  mengetahui  efek  dari  jumlah sudu terhadap volumetrik udara yang dihasilkan.

## Analisis Simulasi CFD
Desain  awal impeller yang  digunakan  sebagai acuan  dan  desain  hasil  rancang  ulang  perlu dilakukan analisis untuk mengetahui volumetrik udara yang dihasilkan dari masing- masing  desain.  Komputasi mesh, penetapan kondisi batas, analisis aliran fluida udara, serta post  processing dilakukan  dengan  metode computational  fluid  dynamics (CFD)  dengan menggunakan  perangkat  lunak Autodesk  CFD 2019 .  Geometri impeller dalam  bentuk  CAD yang  akan  dilakukan  analisis,  terlebih  dahulu dirakit ( assembly ) dengan housing atau volute . Perakitan impeller dan housing dilakukan pada perangkat  lunak Autodesk  Inventor  Pro  2020 .
Penambahan rotating  region dilakukan  agar putaran  pada impeller pada  saat  pengujian dapat  didefinisikan  dan  dianalisis. Rotating region memiliki  bentuk  geometri  berupa silinder  yang  menutupi  keseluruhan  geometri
impeller .
Gambar 7 . Airfoil NACA 4412
Gambar 9 . Model CAD assembly impeller dan housing Inlet Outlet Impeller Housing
Gambar 8 . Sketsa 2D Airfoil 4412 impeller jenis forward curved dengan sudut inlet (θ)
Tabel 1 . Kondisi batas pengujian Material Solid Polypropylene Material Fluid Udara Putaran Impeller (RPM) 3000, 3500, 4000,  4500  dan 5000 -Y axis Tekanan pada inlet (Pa) 0 Tekanan pada outlet (Pa) 0
Rotating  region didefinisikan  berputar  dengan putaran 3000, 3500, 4000, 4500, dan 5000 RPM terhadap  sumbu  -Y.    Jenis  aliran  fluida  yang digunakan  yaitu turbulence dengan  model k- epsilon. Dalam  melakukan analisis aliran fluida udara  yang  dihasilkan  oleh  suatu  putaran impeller ,  diperlukan  iterasi  yang  cukup  agar menghasilkan  perhitungan  yang  konvergen  dan akurat.  Maka  pada  pengujian  ini  digunakan sebanyak 1000 iterasi hingga mencapai konvergensi  penuh.  Proses  analisis  simulasi CFD dari masing-masing desain dilakukan pada sistem cloud dengan  durasi  proses  sekitar  10 hingga 12 jam.

## Meshing
Meshing dilakukan  secara automatic  sizing secara  otomatis  oleh  perangkat  lunak autodesk CFD 2019.  Distribusi mesh dilakukan  secara seragam,  dengan  demikian  seluruh  entitas memiliki  ukuran  yang  sama  berdsarkan length scale terkecil.    Hasil mesh tiap  desain menghasilkan  jumlah  elements  dan  nodes  yang berbeda-beda, berikut hasil dari proses meshing .

## Laju aliran volumetrik
Laju  aliran  volumetrik  pada  sebuah  kipas sentrifugal  merupakan  salah  satu  karakteristik kinerja  yang  dihasilkan.  Laju  alir  volumetrik didefinisikan  sebagai  besar  volume  aliran fluida  yang  melewati  luas  penampang  per satuan waktu. Laju alir volumetrik dinoatasikan dengan Q yang memiliki persamaan sebagai berikut:
(1) Di mana: = Luas penampang outlet (m 2 ) = Kecepatan aliran fluida (m/s) Seluruh  perhitungan  volumetrik  udara  yang dihasilkan  oleh  masing-masing  desain  kipas sentrifugal  dilakukan  dengan  simulasi  CFD pada perangkat lunak Autodesk CFD 2019 .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Reverse Engineering
Tabel 2. Hasil meshing dari tiap model Desain Elements Nodes Referensi 5831993 1383593 Forward 35° 3024919 721519 Forward 40° 3695811 888140 Forward 45° 5650774 1312951 Forward 50° 2233422 561091 Forward 55° 3917078 955180 Forward 60° 2173281 548758
Gambar 10 . Pemodelan mesh impeller dan housing
Muhamad  Dewangga,  Mohamad Yamin:  Rancang  Ulang  Desain  Impeller  Kipas Sentrifugal  pada  Sistem  Pendingin Mesin Sepeda  Motor  Jenis Skutik dengan Metode Reverse Engineering dan Computational Fluid Dynamics (CFD)
Jurnal Teknologi 13 (1) pp 63- 74 © 2021
Berdasarkan  metode reverse  engineering yang digunakan,  yaitu non-contact  laser  scanning , serta  perbaikan  model  CAD  dengan  perangkat lunak,  didapat  sebuah  model  CAD  3D impeller dengan  jenis  sudu backward  curved yang digunakan  sebagai  model  referensi  untuk melakukan  rancang  ulang  desain.  Metode reverse  engineering diterapkan  karena  tidak tersedianya  data  pendukung  mengenai  dimensi serta  geometri  dari  desain  model  asli  impeller kipas sentrifugal yang digunakan sebagai sistem pendinginan  udara  mesin  sepeda  motor  jenis skutik.  Penggunaan  metode non-contact  laser scanning dalam pengambilan data dimensi serta geometri  model,  terbukti  mampu  menghasilkan model solid CAD  yang  akurat  dengan perbandingan  dimensi  1:1  dengan  model  asli meski dengan geometri dan dimensi yang relatif kompleks,  dengan  demikian  model  solid  CAD yang  diperoleh  dapat  digunakan  sebagai  model referensi  untuk  melakukan  perancangan  ulang desain  yang  ditujukan  untuk  mendapatkan  laju aliran volumetrik udara yang lebih besar.

## Hasil Analisis Simulasi CFD
Berdasarkan  hasil  analisis  simulasi  CFD terhadap  model  referensi  kipas  sentrifugal dengan  jenis backward  curved didapat  data sebagai berikut.
Adapun  hasil  analisis  CFD  terhadap  6  model hasil perancangan ulang dengan jenis forward curved didapat data sebagai berikut:
Berdasarkan  perbandingan  data  laju  aliran volumetrik  udara  yang  dihasilkan  dari  desain impeller referensi pada gambar 12 yaitu grafik perbandingan    nilai  yang  dihasilkan  dari  tiap desain impeller dapat  diketahui  bahwa  desain
Tabel 4 . Hasil analisis simulasi CFD desain impeller hasil rancang ulang jenis forward curved
θ Putaran Impeller (RPM) Volumetrik Laju Aliran Udara, Q (m 3 /s) Kecepatan Aliran Udara (m/s) 35° 3000 0,046909 5,55695 3500 0,055214 6,54069 4000 0,0634125 7,51186 4500 0,071104 8,42306 5000 0,0784708 9,29567 40° 3000 0,0459402 5,44208 3500 0,0538111 6,37448 4000 0,0619707 7,34106 4500 0,0700317 8,29597 5000 0,0776388 9,19711 45° 3000 0,0452667 5,3623 3500 0,0537249 6,36426 4000 0,0619082 7,33365 4500 0,0702913 8,32671 5000 0,0761397 9,01952 Gambar 12 . Grafik perbandingan nilai volumetrik udara yang dihasilkan dari tiap desain impeller
Gambar 11 . Model CAD impeller hasil reverse engineering
Tabel 3 . Hasil analisis simulasi CFD desain referensi impeller jenis backward curved
Putaran Impeller (RPM) Volumetrik Laju Aliran Udara, Q (m 3 /s) Kecepatan Aliran Udara (m/s) 3000 0,0393025 4,65578 3500 0,0464549 5,50305 4000 0,0529821 6,27627 4500 0,0595756 7,05734 5000 0,066844 7,91836
50° 3000 0,0470558 5,57428 3500 0,055371 6,55931 4000 0,0637109 7,54725 4500 0,0720082 8,53015 5000 0,0789421 9,35156 55° 3000 0,0438961 5,19996 3500 0,0519702 6,15643 4000 0,0598945 7,09514 4500 0,0671907 7,95947 5000 0,073769 8,73874 60° 3000 0,0432911 5,12831 3500 0,0508467 6,02335 4000 0,0581809 6,89215 4500 0,0658751 7,80362 5000 0,0707038 8,37563
impeller hasil  rancang  ulang  dengan  jenis forward curved secara keseluruhan menghasilkan  laju  alir  volumetrik  fluida  udara yang  lebih  besar  jika  dibandingkan  dengan desain impeller referensi dengan jenis backward curved .    Adapun  laju  alir  volumetrik  fluida udara  terbesar  dihasilkan  oleh  desain impeller jenis forward  curved dengan  sudut inlet 50°. Mengacu  pada  tabel  4  mengenai  hasil  analisis simulasi  CFD  desain impeller hasil  rancang
ulang  jenis forward  curved ,  disimpulkan bahwa  desain impeller yang  menghasilkan volumetrik laju aliran udara paling besar yaitu desain impeller forward  curved dengan  sudut sudu inlet sebesar  50 °. Dengan  demikian, penambahan  jumlah  sudu  dilakukan  pada desain  tersebut.  Hasil  analisis  simulasi  CFD ditampilkan pada tabel 5 sebagai berikut:
Efek sudut sudu inlet Sudut inlet merupakan  salah  satu  variabel yang  dapat  memengaruhi  karakteristik  kinerja impeller. Pada  penelitian  ini, variasi  besar sudut inlet memengaruhi angle-of-attack yang disebabkan  oleh  kecepatan  tangensial  rotor terhadap aliran yang masuk ke jalur sudu. Hal tersebut  menyebabkan  adanya  perbedaan  laju alir volumetrik yang dihasilkan impeller antara masing-masing  desain  dengan  variasi  sudut inlet .  Tingkat  laju  aliran  volumetrik  udara mencapai  kondisi  maksimal  pada  sudut inlet sebesar  50°, angle-of-attack yang  terjadi  pada sudu impeller dengan  sudut inlet sebesar  50° tersebut  menyebabkan  kapasitas  udara  yang ditangani oleh masing-masing sudu meningkat yang  mengarah  pada  peningkatan  laju  aliran pada bagian discharge kipas sentrifugal.

## Efek jumlah sudu
Jumlah  sudu  pada  suatu impeller akan memengaruhi karakteristik kinerja yang
dihasilkan, salah satunya laju aliran volumetrik  fluida  udara.  Hal  tersebut  terbukti dengan  mengacu  pada  tabel  4  yang  dilakukan dengan  penambahan  jumlah  sudu  pada impeller dengan  sudut inlet sebesar  50° diketahui bahwa jumlah sudu dapat memengaruhi  besar  volumetrik  udara  yang
Tabel 5 . Hasil analisis desain impeller sudut sudu 50 ° dengan variasi jumlah sudu Jumlah Sudu Impeller Volumetrik Laju Aliran Udara, Q (m 3 /s) Kecepatan Aliran Udara (m/s) 16 0,0734456 8,70069 17 0,075825 8,98258 19 0,079208 9,38301 20 0,079446 9,41119
Gambar 13 . Aliran udara pada impeller jenis forward curved dengan sudu inlet 50 °
Gambar 14 . Aliran udara pada desain referensi impeller jenis backward curved
(a)
Jurnal Teknologi 13 (1) pp 63- 74 © 2021
dihasilkan  oleh impeller .  Penambahan  jumlah sudu  berpengaruh  pada  peningkatan  volumetrik udara  yaitu  dengan  bertambah  dari  0,0734456 m 3 /s  menjadi  0,079446  m 3 /s  atau sebesar  8,1%. Jumlah  sudu  yang  lebih  banyak  memiliki
karakteristik yang lebih baik dalam mengalirkan  fluida  udara  yang  melewati impeller ,  sehingga  hal  tersebut  akan  diiringi oleh  laju  aliran  fluida  udara  y ang  juga bertambah.

## KESIMPULAN
Mengacu  pada  data  hasil  simulasi  dari keseluruhan desain impeller, dapat disimpulkan  bahwa  desain impeller hasil rancang  ulang  dengan  jenis forward  curved dengan  sudut inlet sebesar  50°  dan  jumlah sudu  20  memiliki  karakteristik  laju  aliran volumetrik  udara  yang  lebih  besar  sebesar 18,85%  jika  dibandingkan  dengan  desain impeller referensi  dengan  jenis backward curved . Hal tersebut dapat disimpulkan bahwa desain impeller tersebut  menghasilkan  kinerja yang  baik  dalam  penggunaannya  sebagai sistem  pendinginan  mesin  sepeda  motor  jenis skutik  dalam  hal  mengatasi  panas  kerja  yang dihasilkan  oleh  mesin,  jika  dibandingkan dengan  desain impeller referensi  dengan  jenis sudu backward curved .
Metode reverse  engineering melalui  teknik non-contact laser scanning berhasil diterapkan untuk  memperoleh  desain  model  CAD  dari model  fisik impeller pada  kondisi  data spesifikasi  teknis  dari  desain impeller yang tidak  tersedia,  sehingga  desain  awal  yang digunakan  sebagai  referensi  dapat  dijadikan sebagai acuan untuk melakukan rancang ulang desain  impeller.  Metode computational  fluid dynamics diterapkan untuk melakukan simulasi  analisis  karakteristik  laju  aliran volumetrik  udara  yang  dihasilkan  dari  desain impeller kipas  sentrifugal  desain  referensi awal dan hasil rancang ulang.

## DAFTAR PUSTAKA
Lin,  S.  C.,  &  Huang,  C.  L.  (2002).  An integrated  experimental  and  numerical study  of  forward–curved  centrifugal fan. Experimental  thermal  and  fluid
science , 26 (5), 421-434.
Kumar, V., Singh, O., Garg, M., & Chaudhary, Y.  V.  (2008). Optimization  of  air- cooling  system  of  4-stroke  scooter engine. SAE  Technical  Paper .  (No. 2008-32-0071).
(b) (c) (d)
Gambar 15 . Aliran udara pada impeller jenis forward curved sudut inlet 50 ° dengan variasi jumlah sudu (a) 16 (b) 17 (c) 19 (d) 20
Singh,  O.  P.,  Khilwani,  R.,  Sreenivasulu, T.,  & Kannan,  M.  (2011).  Parametric  study  of centrifugal  fan  performance:  experiments and  numerical  simulation. International Journal  of  Advances  in  Engineering  & Technology , 1(2), 33 Huang,  C.  H.,  &  Hung,  M.  H.  (2013).  An optimal  design  algorithm  for  centrifugal fans: Theoretical and experimental studies. Journal  of  Mechanical  Science and Technology , 27 (3), 761-773. Brusiani,  F.,  Bianchi,  G.  M.,  Catellani,  C., Ferrari,  M.,  Verziagi,  P.,  &  Catanese,  D. (2014).  CFD  Analysis  of  a  Two-Stroke
Air Cooled Engine Designed for Handheld Products. SAE Technical
Paper . (No. 2014-32-0006).
Khant,  D.,  &  Azharuddin,  S.  K.  (2014)  Design of  a  Centrifugal  Blower  Adopting Reverse  Engineering  Approach. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 11(3) 28-33. Amladimanesh,  A.,  Ajam,  H.,  &  Nezhad,  H.
(2015).  Numerical  Study  of  Blade number Effect on the Performance of 3D FC Centrifugal Fan. International Journal of Mechatronics, Electrical and
Computer Technology, 5(15), 2109-2119. Sholikin,  S.,  &  Bintoro,  C.  (2016).  Penerapan
Reverse Engineering pada Analisa
Tegangan  Bracket  Engine  Mounting. Journal  of  Mechanical  Engineering  and Mechatronics , 1(01). Rahman,  Y.,  Marwan  Effendy,  S.  T.,  &
Anggono,  A.  D.  (2017).  Proses  Reverse
Engineering  Menggunakan  Laser  Optical
Scanner (Doctoral
dissertation,
Universitas Muhammadiyah Surakarta).
Engel,  B.,  &  Al-Maeeni,  S.  S.  H.  (2019).  An Integrated  Reverse  Engineering  and Failure  Analysis  Approach  for  Recovery of Mechanical Shafts. Procedia CIRP , 81 , 1083-1088.