Simulasi 3D dan Studi Eksperimental Aliran Udara pada Variasi Geometri Menggunakan Wind Tunnel
Hendrix Noviyanto Firmansyah, Profit Wirardi, Rizqi Fitri Naryanto dan Karnowo Jurusan Teknik Mesin, Universitas Negeri Semarang
Sekaran, Gunungpati, Semarang
*E-mail: hendrix@mail.unnes.ac.id
Diajukan: 15-09-2023; Direvisi: 10-12-2023; Dipublikasi: 22-12-2023

## Abstrak
Aliran udara laminar memberikan dampak positif bagi benda yang bergerak diudara jika dibandingkan dengan aliran tubulensi. Secara teori,  jenis  aliran  laminar  dan turbulensi dapat diketahui dari  nilai  bilangan Reynold , namun tidak bisa dilihat secara visual tanpa ada alat khusus  yang  menggunakan asap atau kabut. Wind  smoke tunnel merupakan alat  yang  dapat  digunakan  untuk  mensimulasikan  dan  memperlihatkan  aliran  udara  serta  benda  yang  bergerak  di dalam aliran udara. Pada penelitian ini dilakukan perancangan awal wind tunnel yang akan digunakan untuk melihat visualisasi  aliran  udara  pada  variasi  bentuk  geometri  benda.  Metode  yang  dilakukan  adalah  membuat  model  dan dipilih  berdasarkan  distribusi  kecepatan  dan  tekanan.  Penggunaan software Ansys pada  penelitian  ini  untuk mensimulasikan  4  model wind  tunnel yang  kemudian  dipilih  yang  terbaik  dan  kemudian  dibuat  purwarupanya. Model  dibuat  berdasarkan  profil contraction , test  section dan diffuser dengan  variasi  bentuk  penampang  persegi panjang dan pola  lingkaran, serta pola contraction yang  lurus atau membentuk kurva dari inlet sampai test  section . Hasil  simulasi  pada  9  titik  di wind  tunnel ,  memiliki  pola  yang  sama  yaitu  kecepatan  tinggi  dengan  tekanan  yang paling rendah terjadi pada test  section . Berdasarkan distribusi kecepatan dan tingkat tekanan  yang tinggi, dipilihlah model  1  dengan  penampang  persegi  panjang  dengan  pola contraction yang  lurus  menuju test  section .  Pembuatan purwarupa dengan sistem mudah disassembly atau copot pasang menggunakan material yang terbuat dari kayu lapis pada bagian contraction dan akrilik pada test  section . Panjang wind  tunnel yang dibuat  adalah  2 m dengan dimensi seksi uji adalah 50 cm x 30 cm x 20 cm. Smoke generator dibuat dengan prinsip menghisap asap pembakaran bahan yang kemudian disalurkan ke test  section menggunakan selang.  Pola aliran udara terlihat bervariasi pada pengujian yang  telah  dulakukan  pada  variasi  bentuk  benda.  Visualisasi  aliran  udara  menunjukkan  pola  aliran  yang  berbeda dikarenakan bentuk benda, kecepatan aliran udara, sudut benda dengan aliran udara.
Kata kunci: Aerodinamika; aliran udara; wind tunnel ; Ansys ; variasi bentuk geometri

## Abstract
Laminar air flow has a positive impact on objects moving through the air compared to trubulent flow. In theory, the type  of  laminar    flow  and  turbulent  can  be  known from  the  Reynolds  number  value,  but  it  cannot  be  seen  visually without special tools that use smoke or fog. Wind smoke tunnel is a tool that can be used to simulate and show air flows and objects moving in the air flow. In this research, the  initial design of a wind tunnel was carried out  which will  be  used  to  visualize  air  flow  in  variations  in  the  geometric  shape  of  objects.  The  method  used  is  to  create  a model and is selected based on the distribution of speed and pressure. Ansys software  was used in  this research to simulate 4 wind tunnel models which were then selected as the best and then made a prototype. The model is made based on the contraction profile, test section and diffuser  with variations in rectangular cross-sectional shapes and circular patterns, as well as straight or curved contraction patterns from the inlet to the test section. The simulation results at 9 points in the wind tunnel have the same pattern, the high speed with the lowest pressure occurring in the test  section. Based on the speed distribution and high  pressure level, model 1  was chosen  with a rectangular cross section with a straight contraction pattern towards the test section. The prototype was built with a system that is easy to  disassemble  or  disassemble  using  materials  made  of  plywood  in  the  contraction  section  and  acrylic  in  the  test section. The length of the wind tunnel being made is 2 m with the dimensions of the test section being 50 cm x 30 cm x 20 cm. The smoke generator is made with the principle of sucking in smoke from burning materials which is then distributed to  the  test  section  using  a hose. Air flow patterns appear to  vary in  tests that have been carried out  on various object shapes. Air flow visualization shows different flow patterns due to the shape of the object, the speed of the air flow, the angle of the object with the air flow.
Keywords: Aerodynamics; airflow; wind tunnels; Ansys; geometric shapes variations

## 1. Pendahuluan
Wind  tunnel atau  terowongan  angin  merupakan  sarana  yang  cepat,  ekonomis  dan  akurat  untuk  melakukan penelitian  mekanika  fluida  dan  memperoleh  data  aerodinamis  untuk  mendukung  keputusan  desain.  Untuk  merancang suatu benda diperlukan simulasi untuk  menentukan apakah posisi  benda  yang diujikan tepat dan ideal  berada di ruang uji . Salah  satu  peneltitian  yang  dilakukan  terkait  perancangan wind  tunnel serta  simulasi  untuk  menentukan  apakah posisi  yang  tepat  dan  ideal  di  ruang  uji  penelitian  yang  relatif  hampir  sama  dengan  perancangan wind  tunnel serta simulasi dengan judul desain terbuka untuk terowongan angin subsonik loop terbuka berbiaya rendah untuk pengukuran dan karakterisasi  aerodinamik  [1].  Penelitian  ini  dilakukan  menggunakan desain terowongan  angin loop terbuka  yang diusulkan dalam pekerjaan ini adalah terowongan angin tipe hisap untuk uji aerodinamik turbin angin dengan kecepatan kerja  antara  0  dan 15  m/s. Tahap  desain  pertama  dilakukan  dengan pemodelan  matematis untuk menentukan dimensi setiap bagian terowongan angin. Bagian kritis dari terowongan angin  adalah bagian uji, karena  merupakan area untuk menempatkan  benda  uji.  Penentuan  tersebut  dimaksudkan  untuk  memprediksi  karakteristik  aliran,  tekanan  dan distribusi  kecepatan  di  dalam  terowongan  angin.  Pemodelan  matematika  mensimulasikan  model  turbulensi menggunakan  komputasi  fluida  dinamis.  Simulasi  menemukan  bahwa  turbulensi  relatif  tinggi,  sekitar  10%.  Namun, ditemukan  juga  bahwa  distribusi  tekanan  dan  kecepatan di dalam seksi uji adalah seragam, yang membuat desain yang diusulkan cocok untuk  pengukuran aerodinamk.
Aliran  fluida dapat diklasifikasikan  menjadi 3  jenis,  yaitu:  (1) aliran  laminar  yaitu aliran  fluida  yang ditunjukkan dengan  gerak  partikel-partikel  fluidanya  sejajar  dengan  garis-garis  arusnya,(2)  aliran  transisi  yaitu  dimana  kondisi partikel  fluida  berada  pada  peralihan dari  kondisi  seragam  menuju  kondisi  acak,  dan  (3)  aliran  turbulen  yaitu  tidak adanya keteraturan dalam lintasan fluidanya [3]. Ada banyak cara memahami ilmu mekanika fluida yang mempelajari tentang  pergerakan  udara  dan  benda  benda  yang  bergerak  di  dalam  pergerakan udara  tersebut.  Pentingnya  untuk mengetahui  jenis aliran udara dikarenakan berkaitan dengan   performa benda  yang bergerak di udara. Desain pesawat, kereta  api  dan  mobil  juga  akan  disimulasikan  aliran  udara  yang  akan  melewatinya  [4-7].  Secara  teori,  jenis  aliran tersebut dapat diketahui dari nilai bilangan Reynold , namun secara visual tidak bisa tanpa adanya alat. Asap atau kabut dapat  digunakan  untuk  melihat  aliran  tersebut. Wind  smoke  tunnel merupakan  alat  yang  dapat  digunakan  untuk mensimulasikan  dan  memperlihatkan  aliran  udara  serta  benda  yang  bergerak  didalam  aliran  udara. Wind  tunnel merupakan  sebuah  struktur  tertutup  dimana  sebuah  riset  dapat  dilakukan  didalamnya  dengan  cara  mensimulasikan sebuah kondisi aliran udara pada sebuah model [8].
Penggunaan wind  tunnel menjadi  salah satu metode  yang paling sering dipakai untuk  menginvestigasi pola aliran udara  ketika  melewati  sebuah  geomteri  [8-13].  Hasil  dari  beberapa  penelitian  menunjukan  perubahan  pola  aliran  bisa diketahui  dengan  mengubah  parameter  kerja  dari wind  tunnel yaitu  seperti  seting  kecepatan  udara  yang  melewati geometri   benda  kerja  yang  akan  diobservasi  [8-13].  Ada  beberapa  kendala  proses  visualisasi  secara  detail  dengan penggunaan wind  tunel secara  langsung.  Kendala  kendala  tersebut  bisa  diatasi  dengan  pemodelan  numerik menggunakan software  Computational  Fluid  Dynamics (CFD).  Dengan  pemodelan  numerik, visualisasi  pola  aliran  dan paramater lainya sebagai contoh tebal lapis batas, profil tekanan dan  profil kecepatan  bisa dibuat dengan detail tinggi. Beberapa  peneliti  sudah  mengambungkan  kajian  eksperimental  dengan  menggunakan wind  tunnel dan  memvalidasi hasil dengan studi numerik [14-15].
Wind  tunnel pada  umumnya  dibuat  secara  utuh  antar  komponennya,  sehingga  dalam  proses  perpindahan  dan penyimpanan  memerlukan  ruangan  yang  besar.  Permasalahan  ini  menjadi  salah  satu  alasan  untuk  mendesain wind tunnel yang  mudah  dalam  proses  operasi  dan  penyimpanan.  Untuk  mengatasi  hal  tersebut,  pada  penelitian  ini  akan
dirancang wind tunnel dengan kemudahan dalam proses pemasangan dan penyimpanan. Wind tunnel akan dibuat secara terpisah pada tiap bagian dan kemudian dapat disatukan dengan singkat dan tepat menggunakan quick release fastener. Wind tunnel yang dibuat memiliki dimensi yang kecil yaitu  2 m dan dimensi seksi uji adalah 50 cm x 30 cm x 20 cm. Proses rancangan akan menggunakan perangkat lunak untuk memberian geometri  dasar wind  tunnel . Smoke generator akan  dirancang  menggunakan  asap  atau dry  ice yang  kemudian  akan  diarahkan  ke wind  tunnel .  Benda  uji  berupa beberapa bentuk geomtri dan ditujukan untuk memperlihatkan adanya variasi aliran udara.

## 2. Material dan metodologi
Urutan kegiatan pada penelitian ini dimulai dari melakukan identifikasi kebutuhan dalam pembuatan wind tunnel . Hasil dari identifikasi merumuskan beberapa hal yang harus dilakukan mulai dari merancang wind tunnel , menentukan fan dan instrumen yang dibutuhkan serta membuat model dengan variasi bentuk geometri (Gambar 2). Pembuatan wind tunnel dilakukan  dengan  menentukan  panjang  keseluruhan wind  tunnel (Gambar  3).  Secara  umum  rencana  panjang wind  tunnel adalah  2  m  –  3  m  yang  dibagi   menjadi  beberapa  bagian,  yaitu constraction,  test  section dan diffuser . Contraction atau  nosel adalah bagian paling kritis dalam desain terowongan angin, yang mana merupakan bagian yang memiliki  dampak  terhadap  kualitas  aliran  udara  di test  section .  Tujuan  dari contraction adalah   untuk  mempercepat aliran  ke  ruang  uji,  mengurangi  turbulensi  dan  ketidakseragaman  aliran  dalam ruang uji. Test  section atau ruang uji adalah  bagian  dari  terowongan  angin  untuk  menempatkan  model  yang  akan  diuji.  Biasanya  memiliki  ruangan  yang transparan,  luas   penampang  terkecil  dan  kecepatan  tertinggi  di  dalam  terowongan. Diffuser adalah  komponen  dari terowongan  angin  yang  berperan  untuk  mengurangi  tekanan  dinamis  dan  mengubahnya  menjadi  tekanan  statis, sehingga mengurangi aliran yang hilang [17- 20]. Ini berkaitan dengan efisiensi terowongan angin [17-20]. Pada bagian depan constraction akan  ditambahkan settling  chamber yang  terbuat  dari  rongga  yang  berbentuk hollow atau honeycomb yang  bertujuan  untuk  menstabilkan  aliran  udara  sebelum  masuk  ke constraction .  Langkah  selanjutnya adalah melakukan proses assembly dari ketiga bagian tersebut.
Keterangan: 1. Settling chamber , 2. Constraction , 3. Test section , 4. Diffuser dan 5. Axial fan Gambar 1. Layout wind tunnel
Kebutuhan fan dapat  dilakukan  dengan  menghitung  debit  aliran  fuida  pada test  section . Kecepatan  aliran  udara maksimal pada testing  chamber adalah 20  m/s. Test section direncanakan memiliki luas area 30 cm x 20 cm sehingga memiliki luas 600 cm 2 .
3. Hasil dan pembahasan
3.1 Desain Wind Tunnel
Wind tunnel didesain  dengan  menggunakan software Autodesk  Inventor  2021.  Engineering  data  yang  akan digunakan adalah material – material yang digunakan oleh simulasi ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 . Engineering Data Material Sifat Fluida (Udara) Solid ( Plywood ) Densitas (kg/m³) 1,225 400-700 Viskositas (kg/m.s) 1,7894x10 -5
Dalam melakukan proses prancangan ini terdapat beberapa alternatif pilihan desain, hal tersebut dimaksudkan agar dapat memilih dan menentukan desain yang sesuai kriteria perancangan. Ada 4 alternatif desain yaitu :
1. Variasi  model  1  merupakan  model wind  tunnel dengan  bentuk  penampang  persegi  panjang  dengan contraction lurus ke test section (Gambar 2).
2. Variasi  model  2  merupakan  model wind  tunnel dengan  bentuk  penampang  persegi  panjang  dengan contraction kurva atau melengkung ke test section (Gambar 3) .
3. Variasi  model 3  merupakan  model wind  tunnel dengan  bentuk penampang  lingkaran dengan contraction lurus  ke test section .
4. Variasi model 4 merupakan model wind tunnel dengan bentuk penampang lingkaran dengan contraction kurva atau melengkung ke test section .
Gambar 3. Variasi desain 2
Gambar 4 . Variasi desain 3
Gambar 5. Variasi desain 4

## 3.2 Pemodelan dan  Proses Simulasi
Model  yang  digunakan  adalah  geometri wind  tunnel yang  telah  dimodifikasi  berdasarkan setup menyesuaikan keadaan steady pada  simulasi  CFD.  Gambar  6  menunjukkan  model  yang  didesain  menggunakan software Autodesk Inventor Professional 2021.
Gambar 6 . Geometri 3D wind tunnel
Desain wind  tunnel yang  sudah  dibuat  menggunakan software Autodesk  Inventor  Professional 2021  kemudian dimasukkan  ke  dalam software Ansys  Fluid  Flow ( Fluent )  2018  R1  untuk  proses meshing dan  simulasi  lebih  lanjut.
Untuk menghasilkan meshing yang baik pada simulasi CFD penelitian ini, digunakan setup seperti pada Gambar 7.
Gambar 7. Tampilan pengaturan mesh
Untuk  menghasilkan  hasil  simulasi  CFD  yang  baik  diperlukan  kualitas mesh yang  baik.  Untuk  itu,  sebelum dilanjutkan ke proses s olving , mesh yang telah ditentukan perlu dicek terlebih dahulu kualitasnya. Untuk menentukan kualitas mesh pada penelitian ini menggunakan acuan nilai skewness . Nilai skewness yang dihasilkan oleh meshing pada geometri wind tunnel yang dilakukan disajikan pada Tabel 3. Nilai dari maximum skewness kurang dari 1 dan rerata dari skewness mengindikasikan bahwa meshing yang dilakukan memiliki kualitas yang baik, yaitu excellent.
Gambar 8 . Hasil meshing
Tabel 2 . Kualitas Mesh
Parameter kualitas mesh Nilai Skewnes - Minimum 1.6979e-004 Maximum 0.82877 Average 0.21882 Standard Deviation 0.11914 Nodes 24727 Elements 131137
Mesh independent dilakukan untuk menentukan meshing yang tepat dan mendapatkan ukuran dan solusi mesh yang optimal [20]. Dengan melakukan variasi seperti ukuran elements, kualitas mesh dapat dibagi menjadi beberapa  sesuai kebutuhan. Jika perbedaan hasil simulasi antar variasi mesh kecil, maka simulasi dapat dilakukan menggunakan dengan kualitas yang optimal terhadap daya dan waktu  komputasi yang dijangkau komputer.

## Tabel 3. Mesh Independence
No Ukuran Mesh Elemen Velocity skewness 1 50 16843 1.732.604 0.228973 2 45 22785 1.722.499 0.227513 3 40 32426 1.714.368 0.228725 4 35 47848 1.747.566 0.223061 5 30 76160 1.738.656 0.221411 6 25 131137 1.747.436 0.218822
Dari  tabel  3  dapat  dilihat  bahwa  telah  dilakukan  enam  percobaan mesh menggunakan  ukuran element berbeda dengan kualitasnya masing-masing. Percobaan menggunakan ukuran mesh 25 memiliki nilai skewness yang paling baik, maka  dari  itu  peneliti  menggunakan  ukuran mesh 25  sebagai  ukuran  yang  digunaan  dalam  proses  penelitian.  Setelah kualitas mesh sudah  baik,  Proses  simulasi  dilaksanakan  untuk  menyelesainkan  permasalahan  yang  telah  didefinisikan sesuai keadaan yang perlu diselesaikan. Proses simulasi diantaranya penentuan setup , penentuan boundary condition .

## 3.3 Hasil Simulasi Kecepatan Udara
Dari  data  yang  telah  didapat  melalui  proses  simulasi  CFD  menggunakan software Ansys  Fluid  Flow ( Fluent ) berupa kecepatan di sembilan titik pengukuran. Kecepatan di sembilan titik akan disajikan berupa tabel dan grafik untuk memperlihatkan  flutuasi  yang  terjadi  pada  sembilan  pengukuran.  Tabel  4  merupakan  data  simulasi  yang  telah dikumpulkan.

## Tabel 4. Kecepatan Udara di Sembilan Titik Pengukuran
Titik Variasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 5.821 10.138 17.496 34.896 35.697 35.667 29.291 26.359 22.527 2 7.832 21.111 31.603 34.587 34.793 35.213 28.363 24.851 22.023 3 5.983 10.479 18.040 33.781 35.297 35.109 30.231 26.237 21.807 4 8.472 23.081 33.228 33.849 34.093 33.903 29.662 25.505 21.283
Dari data yang telah didapat melalui proses simulasi CFD menggunakan software Ansys Fluid Flow ( Fluent ). Pada geometri wind tunnel pertama memiliki kecepatan paling tinggi pada titik lima yaitu sebesar  35.697m/s dan kecepatan paling  rendah  pada  titik  satu  yaitu  sebesar  5.821  m/s.  Pada  geometri wind  tunnel ke  dua  memiliki  kecepatan  paling tinggi pada titik 6 yaitu sebesar 35.213 m/s. Kecepatan terendah pada geometri dua pada titik satu yaitu sebesar 7.832 m/s.  Pada  geometri wind  tunnel ke  tiga  menghasilkan  kecepatan  tertinggi  pada  titik  5  yaitu  sebesar  35.297  m/s  dan
kecepatan    terendah  pada  titik  1  yaitu  sebesar  5.983  m/s.  Selanjutnya  pada  geometri  empat  menghasilkan  kecepatan tertinggi pada titik 5 yaitu sebesar 34.093 m/s dan kecepatan terendah pada titik 1 yaitu 8.472 m/s.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 9. Kontur kecepatan wind tunnel : (a) Variasi model 1, (b) Variasi model 2, (c) Variasi model 3 dan (d) Variasi model 4
Kontur kecepatan pada geometri wind tunnel yang ditunjukkan oleh Gambar 9 (a) hingga (d) menjelaskan tentang bagaimana perbedaan kecepatan bergerak dari contraction menuju diffuser . Pada keempat gambar tersebut dapat dilihat bahwa dari kecepatan dari contraction semakin bertambah tinggi, berbanding lurus dengan argument de Almeida [12], kontraksi mempercepat dan menyelaraskan aliran ke bagian uji. Saat memasuki area test section kecepatan udara berada pada kecepatan tertinggi, setelah melewati test section terlihat penurunan kecepatan yang terletak pada area diffuser . Kecepatan aliran udara dalam wind tunnel mempengaruhi aliran udara dari wind tunnel itu sendiri. Menurut  Ismail [1],    aspek  kritis  dari  terowongan  angin  adalah  karakteristik  distribusi  tekanan  dan  kecepatan  di  seksi  uji.  Kecepatan angin  yang  lebih  tinggi  dengan  dimensi test  section yang  besar  memiliki  kualitas  aliran  yang  lebih  baik  jika  di variasikan menggunakan kecepatan yang lebih rendah [21].
Dari hasil simulasi yang telah dilakukan dengan empat variasi geometri wind tunnel keempat variasi menunjukkan adanya  perbedaan  distribusi  kecepatan  udara  yang  diukur  pada  sembilan  titik  ukur  kecepatan  udara  tertinggi  dari keempat  geometri  berada  pada  titik  area  dari test  section. Hal  ini  sangat  berbanding  lurus  dengan  penelitian  yang dilakukan  sebelumnya  [22].  Bagian  uji  memiliki  kecepatan  maksimum.  Pada  geometri wind  tunnel pertama  memiliki kecepatan paling tinggi pada titik lima. Pada geometri wind tunnel ke dua memiliki kecepatan paling tinggi pada titik 6, pada  geometri wind  tunnel ke  tiga  menghasilkan  kecepatan  tertinggi  pada  titik  5.  Selanjutnya  pada  geometri  empat menghasilkan kecepatan tertinggi pada titik 5.
Gambar 10. Grafik kecepatan udara di sembilan iitik pengukuran

## 3.4 Hasil simulasi tekanan udara
Dari  data  yang  telah  didapat  melalui  proses  simulasi  CFD  menggunakan software Ansys  Fluid  Flow ( Fluent ) berupa kecepatan di Sembilan titik pengukuran. Tekanan di sembilan titik akan disajikan berupa tabel dan grafik untuk memperlihatkan  flutuasi  yang  terjadi  pada  sembilan  pengukuran.  Tabel  5  merupakan  data  simulasi  yang  telah dikumpulkan.

## Tabel 5 . Tekanan Udara di Sembilan Titik Pengukuran
Titik Variasi 1 2 3 4 5 6 7 9 9 1 228.67 186.25 61.424 -495.24 -529.78 -526.18 -298.9 -168.09 -60.45 2 157.75 79.87 -416.6 -517.30 -526.57 -522.17 -287.2 -165.17 -58.205 3 229.29 183.92 50.623 -452.23 -516.1 -508.24 -299.68 -167.05 -57.502 4 166.19 -113.95 -460.70 -506.41 -514.81 -506.58 -297.06 -165.96 -57.097
Dari data yang telah didapat melalui proses simulasi CFD menggunakan software Ansys Fluid Flow ( Fluent ). Pada geometri wind tunnel pertama memiliki tekanan paling rendah pada titik lima sebesar  -529.78 Pa dan tekanan tertinggi pada titik satu yaitu 228.67 Pa. Pada geometri wind tunnel ke dua memiliki tekanan paling rendah pada titik lima yaitu sebesar  -526.57  Pa  dan  tekanan  paling  tinggi  pada  titik  satu  yaitu  157.75  Pa.  Pada  geometri wind  tunnel ke  tiga menghasilkan tekanan tertinggi pada titik lima yaitu sebesar -516.1 Pa dan tekanan tertinggi pada titik satu yaitu  229.29 Pa.  Selanjutnya  pada  geometri  empat  menghasilkan  tekanan  tertinggi  pada  titik  lima  yaitu  -514.81  Pa  dan  tekanan tertinggi pada titik satu yaitu 166.19 Pa.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V elocity (m /s ) Titik ke- Geometri 1 Geometri 2 Geometri 3 Geometri 4
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 11 . Kontur tekanan udara wind tunnel : (a) Variasi model 1, (b) Variasi model 2, (c) Variasi model 3 dan (d) Variasi model 4
Kontur tekanan pada geometri wind  tunnel yang ditunjukkan oleh  Gambar  11 (a) hingga (d) menjelaskan tentang bagaimana  perbedaan  tekanan  bergerak  dari contraction menuju diffuser. Pada  keempat  gambar tersebut  dapat  dilihat bahwa dari tekanan dari contraction semakin menurun sampai di area test section . Saat menuju diffuser tekanan udara perlahan  meningkat.  Menurut  penelitian  terdahulu  [23], tekanan  yang  lebih  besar  pada test  section dapat  membuat aliran menjadi tidak stabil.
Gambar 12 . Grafik tekanan udara di sembilan titik pengukuran
Dari hasil simulasi yang telah dilakukan dengan empat variasi geometri wind tunnel keempat variasi menunjukkan adanya perbedaan distribusi tekanan udara .Pada sembilan titik ukur yang memiliki penurunan tekanan paling besar dari keempat geometri berada pada titik area dari test section . Tekanan berangsur angsur naik saat memasuki area diffuser .
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P re ss u re (P a) Titik ke - Geometri 1 Geometri 2 Geometri 3 Geometri 4
Menurut  penelitian  terdahulu  [23] diffuser adalah  untuk  mengurangi  kecepatan  dengan  kehilangan  energi  sesedikit mungkin  pemulihan  akibat  penurunan  tekanan  maksimum  di  area test  section. Desain wind  tunnel pertama  memiliki kecepatan yang konstan pada seksi uji dan desain wind tunnel keempat memiliki tekanan yang konstan pada seksi uji.
Desain  pertama  dan  keempat  merupakan  desain  terbaik  untuk wind  tunnel ,  dari  kedua  desain  lainnya  jika  dilihat  dari grafik kecepatan dan tekanan pada ruang uji.
3.5 Pembuatan Purwarupa Wind tunnel dan Visualisasi Aliran Udara pada Benda Uji
Proses  pembuatan  purwarupa  dilakukan  secara  berurutan  dimualai  dari  pembuatan contraction , test  section dan diffuser .  Kayu  triplek  merupakan  bahan  utama  untuk  pembuatan contraction dan diffuser .  Pada test  section menggunakan bahan dari akrilik. Pemberian frame dan quick release fastener dilakukan untuk memberikan kekuatan, kekakuan  dan  kemudahan  dalam  proses  sambungan  antar  bagian.    Pada  bagian  bawah test  section diberikan  lubang untuk pipa asap dan lokasi pemasangan benda uji.
Gambar 13. Purwarupa wind tunnel
Visualisasi  aliran  udaran  disekitar  benda  uji  menunjukkan  hasil  yang  cukup  baik.  dari  variasi  geometri  benda  uji dapat disimulasikan dengan cukup baik. Terlihat aliran asap keluar dari pipa yang kemudian melawati benda uji.

## Gambar 14. Aliran udara pada benda uji
Secara  keseluruhan  profil  geometri  benda  memiliki  peran  yang  sangat  penting  terhadap  pola  aliran  udara.  bagian leading edge atau bagian depan yang menerima aliran udara menentukan pola aliran udara yang akan melewati seluruh permukaan benda uji. Benda uji yang memiliki pola geometri yang melengkung cenderung memiliki pola aliran udara yang  baik  jika  dibandingkan  pada  benda  uji  yang  datar.  Ini  dapat  dilihat  pada  pola  aliran airfoil ,  lingkaran  dan  bola memiliki  aliran  yang  lebih  baik  jika  dibandingkan  dengan  pola  aliran  pada  benda  penampang  segitiga,  dan  persegi.
Namun  secara  keseluruhan  terjadi  turbulensi  dibelakang  benda  uji  yang  dapat  menyebabkan  gaya  hambat  atau drag . Untuk  mengetahui  besarnya  gaya  hambat  atau drag pada  benda  uji,  maka  pada  penelitian  selanjutnya  akan  dilakukan pengujian gaya hambat atau drag .

## 4. Kesimpulan
Proses  simulasi  variasi  desain wind  tunnel menggunakan  CFD  dimulai  dengan  pemodelan,  validasi  model,  dan running  analisis.  Hasil  simulasi  empat  variasi  desain wind  tunnel menunjukkan  adanya  perbedaan  distribusi  tekanan udara yang signifikan pada sembilan titik ukur. Tekanan paling rendah dari keempat desain berada pada titik area dari test  section .  Tekanan  berangsur  angsur  naik  saat  memasuki  area diffuser .  Kecepatan  terbesar  juga  terjadi  pada test section . Berdasarkan analisis data kecepatan dan tekanan yang terjadi pada ke empat variasi desain , pilihan desain wind tunnel yang akan dibuat adalah variasi desain 1.
Proses  pembuatan  purwarupa  dilakukan  secara  berurutan  dimualai  dari  pembuatan contraction , test  section dan diffuser .  Kayu  triplek  merupakan  bahan  utama  untuk  pembuatan contraction dan diffuser .  Pada test  section menggunakan  bahan dari akrilik. Pemberian frame dan quick  release fastener dilakukan untuk  memberikan kekuatan, kekakuan  dan  kemudahan  dalam  proses  sambungan  antar  bagian.    Pada  bagian  bawah test  section diberikan  lubang untuk pipa asap dan lokasi pemasangan benda uji.
Hasil  visualisasi  benda  uji  bervariasi  sesuai  dengan  bentuk  penampang  benda  uji.  Benda  uji  airfoil  dan  bola memiliki  aliran  yang streamline jika  dibandingkan  dengan  benda  uji  penampang  segitiga,  lingkaran  (tabung),  dan persegi  (kubus).  Namun  secara  keseluruhan  profil  benda  uji  terjadi  proses  turbulensi  pada  bagian  belakan  benda  uji. Pekerjaan yang akan dilakukan dipenelitian selanjutnya adalah menyempurnakan smoke generator dan pembuatan alat pengukur drag dan lift .

## Daftar Pustaka
[1] Ismail,  Erlanda  A.P.  dan  Reza  Abdu  Rahman,  An  open  design  for  a  low-cost open-loop  subsonic  wind  tunnel for aerodynamic measurement and characterization. HardwareX. 2022 Oktober; 12 (e00352): pp. 1-15.
[2] Jalaluddin, Saiful Akmal, Nasrul Z.A. dan Ishak, Analisa profil aliran fluida cair dan pressure drop pada pipa L menggunakan  metode simulasi computational fluid dynamic (CFD). Jurnal Teknologi Kimia. 2019 Mei; 8 (01): pp. 97-109.
[3] Herman  Ferdinan  Philip,  Parlindungan  Manik  dan  Ari  Wibawa  Budi  Santosa,  Analisa  pengaruh  panjang,  letak dan geometri lunas bilga terhadap arah dan kecepatan aliran ( wake ) pada kapal ikan tradisioal (Studi kasus kapal tipe kragan). Jurnal Teknik Perkapalan. 2017 Januari; 5 (01): pp. 345-351.
[4] Ainul Ghurri, Dasar-dasar mekanika fluida. Indonesia: Universitas Udayana; 2014. pp. 1-78.
[5] Jazaul Ikhsan, Nursetiawan dan Puji Harsanto, Bahan ajar mekanika fluida dan hidrolika. Indonesia: Universitas Muhammadiyah Yogyakarta; 2018. pp. 1-134.
[6] Rachmat  Subagyo  dan  Aqli  Mursadin,  Mekanika  fluida  II.  Indonesia:  Universitas  Lambung  Mangkurat;  2017. pp. 1-141.
[7] Bruce  R.  Munson,  Donald  F.  Young  dan  Theodore  H.  Okiishi,  Mekanika  fluida  Edisi  ke  Empat  Jilid  2. Indonesia: Erlangga; 2005. pp. 1-532.
[8] Denny Dermawan,  Rancang  bangun  alat  ukur  gaya  pada wind  tunnel menggunakan  sensor load  cell . Prosiding Seminar Nasional ReTII ke-15; 27 Oktober 2020. pp. 90-96.
[9] A.S.  Abdelhamed,  Y. El-S.  Yassen  dan  M.M.  ElSakka,  Design  and  optimization  of  a  three-dimensional  wind- tunnel contraction section. Ain Shams Engineering Journal. 2015 Maret; 6 (01): pp. 281-288.
[10] Amat Chaeroni dan Agus Sugiharto, Analisa perancangan smoke tunnel portable sebagai alat visualisasi airflow wind tunnel. Jurnal Teknologi Kedirgantaraan. 2022 September; VII (2): pp. 1-18.
[11] Deny  Darmawan,  Analisis  bilangan  Reynold  (Re)  untuk  menentukan  jenis  aliran  fluida  menggunakan  CFD (Computational Fluid Dynamic) sebagai rancangan bahan ajar di SMA. Indonesia: Universitas Jember; 2018.
[12] Odenir de Almeida, Frederico Carnevalli de Miranda, Olivio Ferreira Neto dan Fernanda Guimaraes Saad,  Low subsonic  wind  tunnel-Design  and  construction.  Journal  of  Aerospace  Technology  and  Management.  2018 Febuari; 10: pp. 1-20.
[13] T. H. Young dan S.S. DoI, Design and development of low-cost wind tunnel for educational purpose. Prosiding Technology  Science  and  Engineering  International  Conference (CUTSE2014);  3-4  Desember  2014;  Sarawak, Malaysia. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; 2014. 78. pp. 1-11.
[14] Ismail, Johanis Jhon, Erlanda A. Pane, Budhi M. Suyitno, Gama H. N. N. Rahayu, Damora Rhakasywi dan Agri Suwandi,  Computational  fluid  dynamics  simulation  of  the  turbulence  models  in  the  tested  section  on  wind tunnel. Ain Shams Engineering Journal. 2020 Desember; 11 (04): pp. 1201-1209.
[15] Kashif  Javed  dan  Mazhar  Ali,  Design  &  Construction  of  subsonic  wind  tunnel    focusing  on  two  dimensional contraction  cone  profile  using  sixth  order  polynomial.  Prosiding  Scientific  Cooperations  International Workshops on Engineering Branches; 8-9 Agustus 2014; Istanbul, Turki.
[16] Elyas Nur Fridayana, Analisis kinerja aerodinamik dari vertikal axis wind turbine (VAWT) Darrieus tipe H-rotor dengan pendekatan computational fluid dynamic (CFD). Indonesia: Institut Teknologi Sepuluh November; 2018.
[17] Puji Rahayu, Dwi Kemala Putri, Rosalina dan Nita Indriyani. Pengaruh diameter pipa pada aliran fluida terhadap nilai head loss. Jurnal Agitasi. 2021 Desember; 2(2): pp. 2776–513.
[18] Lukas Suryo, Buku ajar hidrolika. Indonesia.
[19] Fernando  Mellibovsky,  Joana  Prat,  Emilio  Notti  dan  Antonella  Sala,  Testing  otter  board  hydrodynamic performances in wind tunnel facilities. Ocean Engineering. 2015 Agustus; 104: pp. 52-62.
[20] Fernando  Mellibovsky,  Joana  Prat,  Emilio  Notti  dan  Antonello  Sala,  Otterboard  hydrodynamic  performance testing in flume tank and wind tunnel facilities. Ocean Engineering. 2018 Febuari; 149: pp. 238-244.
[21] Niladri Mandal, Manish Malpani dan K Rames Kumar, Wind tunnel model-Fabrication challenges. International Journal of Applied Research in Mechanical Engineering (IJARME). 2011; 1 (02): pp. 22-25.
[22] W.  Zhu,  Z.  Zuo,  D.  Li,  X  Tian,  M  Luo,  J  Shang,  D  Li,  X  Ding,  Y  Sun,  Z  Zhang,  B  Zhang  dan  Z  Zhang, Stiffness-similar  models  for  wind  tunne;  test  based  on  3D  printing.  Prosiding  The  2020  Spring  International Conference on Defence Technology. Journal of Physiscs: Conference Series. 2020.
[23] Weijun  Zhu,  Models  for wind  tunnel tests based on additive  manufacturing technology.  Progress  in  Aerospace Sciences. 2019 Oktober; 110: pp. 1-5.
[24] Mark  R.  Melanson,  Ming  Chang  dan  Wendell  M.  Baker,  Wind  tunnel  testing's  future:  A  vision  of  the  next generation  of wind  tunnel test  requirements  and  facilities.  Prosiding  48th  AIAA  Aerospace  Sciences  Meeting Including  the  New  Horizons  Forum  and  Aerospace  Exposition;  4-7  Januari  2010;  Florida,  United  States  of America.