AME(Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin  6 (1) , pp 1-7

## RANCANG BANGUN DAN UJI KINERJA BLADELESS FAN SEBAGAI PENDINGIN RUANGAN
Rudi Kusmawan 1 , Roy Waluyo 1 , Mamat Rahmat 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Ibn Khaldun Bogor, Indonesia, 16162

## ABSTRAK
Industri mulai mengembangkan kipas tanpa bilah yang disebut dengan bladeless fan yang menggunakan efek air multiplier . Teknologi air multiplier memanfaatkan airfoil yang berfungsi untuk menarik udara sekitar. Airfoil berfungsi untuk mengeluarkan udara dan melipatgandakan udara yang masuk  menjadi beberapa kali lipat. Dalam penelitian ini bladeless fan menggunakan NACA 0012. Pada bladeless fan dilakukan pengujian untuk mendapatkan data flow rate input dan output untuk mengetahui seberapa besar  kelipatan flowrate setelah  melewati bladeless  fan.  Flowrate  input didapatkan  dengan  cara mengukur kecepatan aliran dari keluaran kompresor dengan menggunakan rotameter sebanyak 10 kali. Flowrate  ouput dengan  cara  mengukur  keluaran  dari bladeless  fan menggunakan  alat air  flowmeter yang  diambil  datanya  sebanyak  10  kali.  Pengambilan  data  temperatur  dan  RH  sebanyak  3  titik menggunakan termometer dan RH-meter digital . Hasil pengujian menunjukan semakin besar flowrate input maka semakin besar flowrate output dan temperatur semakin tinggi. Flowrate output terkecil yaitu sebesar  160  L/s  dengan    temperatur  output  24.20  C. Flowrate  output terbesar  yaitu  801  L/s  dengan temperatur 19.1  C. Kelipatan aliran udara ( multiple airflow ) terbesar 11.4 m 3 /s pada laju aliran udara input 70 L/s dengan menghasilkan laju aliran udara 801 L/s. Kelipatan aliran udara terendah 8.0 m 3 /s pada laju aliran udara input 20 L/s dengan menghasilkan laju aliran udara output 160 L/s. Rata-rata kelipatan aliran udara adalah 10.1 m 3 /s.
Kata kunci : airfoil ; a ir multiplier; bladeless fan

## ABSTRACT
The industry developed a fan without blades called Bladeless fans  using an air multiplier effect. Air multiplier technology uses an airfoil that functions to ambient air. Airfoil serves to eject air and multiply the incoming air into several times. In this research, the bladeless fan uses NACA 0012. A bladeless fan, a test performed to get input and output flow rate data to find out how much the multiple of the flow rate after passing the bladeless fan. flow rate input obtained by measuring the flow velocity of the compressor output using a rotameter ten times. The output flow rate by measuring the output of the bladeless fan using an airflow meter that taken ten times the data. Retrieval of temperature data and RH for 3 points using a thermometer and digital RH meter. The test results show the greater the input flow rate, the greater the output flow rate and the higher the temperature. The smallest output flow rate is 160 L/s with an output temperature of 24.20 °C. The largest output flow rate is 801 L / s with a temperature of 19.1 ° C. The multiple airflows are greatest at 11.4 m 3 /s at the input airflow rate of 70 L / s to produce an airflow rate of 801 L / s. The lowest multiple of airflow is 8.0 at the input airflow rate of 20 L / s to produce an output airflow rate of 160 L / s. The average multiple of airflow is 10.1 m 3 /s .
Keywords : airfoil ; a ir multiplier; bladeless fan
* Mamat Rahmat Email: m.rahmat@uika-bogor.ac.id
Diterima 08 Januari 2020; Penerimaan hasil revisi 23 Januari 2019; Disetujui 7 Februari 2020 Tersedia online Maret 2020 AME (Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin © 2020
Volume 6 Nomor 1 Maret 2020 pp 1-7 Website: http://ejournal.uika-bogor.ac.id/index.php/ame/index

## 1. PENDAHULUAN
Bladeless  fan merupakan  kipas  tanpa  bilah yang  dirancang  menggunakan airfoi. Bladeless fan dilengkapi  dengan  celah  kecil  dibagian dalamnya  untuk  mengalirkan  udara  bertekanan mengarah kedepan yang mampu menarik  udara sekitarnya  kedalam  lingkaran  sehingga  volume aliran udara yang mengalir meningkat. Bladeless fan dikembangkan  oleh  insinyur  kebangsaan Inggris menggunakan prinsip Bernaoulli sehingga  menghasilkan  kipas  yang  berhembus lebih  kencang  tidak  berisik  dan  perawatannya mudah. Bladeless  fan pertama  kali  diproduksi pada tahun 1981 (Cong, 2002).
Fan terbagi  menjadi  2  jenis,  aksial  dan radial.  Namun, bladeless  fan berbeda dari  kipas umumnya,  dalam  aspek  mekanisme.  efek impeller yang  diperbesar  terhadap  kinerja  kipas radial.  Secara  eksperimen  menunjukkan  bahwa daya  poros,  kenaikan  tekanan  total,  tingkat tekanan  suara  dan  laju  aliran  meningkat, sementara efisiensi kipas berkurang dengan bilah yang lebih besar (Li Chunxi, et. al, 2011).
Penelitian  tentang bladeless  fan banyak dilakukan oleh para peneliti baik didunia maupun nasional.  Jafari  et.  al.  (2015)  melakukan investigasi  numerik  terhadap bladeless  fan menggunakan finite volume methode (FVM). Fan menggunakan profil airfoil Eppler 473, diameter 30 cm, fan diletakan dalam ruangan 4x2x2. Hasil penelitan  menunjukan  peningkatan inlet volume flow rate , akan meningkatkan outlet volume flow rate secara linier.  Rasio outlet  volume  flow  rate terhadap inlet adalah 21 (Jafari, et.al, 2015). Simulasi air  multiplier pernah  dilakukan dengan  menggunakan  RNG  k-  model.  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  profil  parameter aliran  di  bagian  aliran outlet tidak  seragam  dan seluruh  bidang  kecepatan  rata-rata  dan  tekanan simetris  pada  arah  horizontal,  bukan  pada  arah vertikal  (HongLi  &  Hai-shun  Deng,  2016). Simulasi  CFD    dengan  aliran  model airfoil tunggal  dan  model airfoil simetri.  Dilakukan dengan mempertimbangkan perbedaan kecepatan induksi  dan interval  airfoil untuk  mempelajari medan  aliran  dan  perubahan  laju  induksi  pada model. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju induksi  model airfoil tunggal  dan  model airfoil simetri  membesar  ketika  kecepatan  induksi meningkat,  Ketika interval  model airfoi l simetri meningkat, maka laju induksi meningkat (Yaling Ye, et. al, 2016).
Bladeless  fan dapat  dipalikasikan  sebagai pendingin engine (Peng-cheng,  Xiao-rui,  Qiang, & Shi, 2016) atau pendingin PC (Demian, 2017). Simulasi bldeless  fan sebagai  pendingin engine dilakukan menggunakan perangkat lunak FLUENT untuk mendapatkan situasi aliran udara dan  aliran  massa  menggunakan  parameter panjang  permukaan  adhesi  dan dip  angle luar . Hasil menunjukkan bahwa suhu radiator turun 10 ℃  pada  kecepatan  udara  masuk  dengan  20  m/s (Peng-cheng, et al., 2016). sebagai pendingin PC, Bladeless dibuat  dengan  3d  printing.  Karena keterbatasan kapasitas 3d printing, desain dibagi menjadi  beberapa  segmen.  Hasil  pengujian menunjukkan ada sedikit peningkatan performance dibanding kipas konvensional (140 mm fan CPU) (Demian, 2017).
Dalam penelitian ini akan dilakukan analisis desain bladeless  fan pendingin  ruangan  dengan udara dingin terkompresi. Penelitian ini bertujuan mendapatkan efek air multiplier laju aliran udara input  ( input  flowrate )  terhadap  laju  aliran  udara output ( input flowrate ) dan temperatur output dan mendapatkan kelipatan udara output ( multiple air flow )  secara  eksperimen  sebagai  unjuk  kerja ( performanc e)  model/prototipe air  multiplier. Udara  dingin  yang  mengalir  melewati bladeless fan berasal  dari  tabung  udara  dingin  bertekanan (Fahrudin et. al, 2019). Tabung udara dilengkapi elemen  peltier  sehingga  udara  didalam  tabung selain bertekanan juga memiliki temperatur yang rendah. Bladeless  fan ini  membutuhkan  udara dingin untuk menghasilkan udara untuk mendinginkan ruangan. (Ilham Kurniawan & Edi Septe.S,  2015).  Untuk  mendinginkan  udara tabung  dilengkapi  dengan  elemen peltier . Pendingin udara berbasis termoelektrik digunakan  karena  tidak  membutuhkan  fluida pendingin  dan  hanya  membutuhkan  daya  yang kecil (Ibnu Hakim, et. al, 2015).

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian  rancang  bangun bladeless  fan sebagai  pendingin  ruangan  dengan  udara  dingin terkompresi  mengikuti  diagram  alir  seperti terlihat pada gambar 1.
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Pada penelitian ini digunakan bladeless hasil 3D printing. Karena keterbatasan kapasitas 3D printer (maksimum  25  cm)  maka  komponen air multiplier dibagi menjadi 4 bagian sesuai desain yang dibuat, yaitu: base, low half, center, Upper. pembagian bladeless fan pada proses 3D seperti terlihat pada Gambar 2 .
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2. Pembagian bladeless untuk proses 3D printing (a) base (b) low half (c) center (d) upper
Setelah  selesai  proses 3D  printing ,  bagian- bagian dari bladeless diassembly seperti terlhat pada Gambar 3.
Gambar 3. Bladeless fan hasil 3D printing Prosses pengujian dilakukan dengan
mengalirkan udara dingin bertekanan dengan set-up peralatan seperti Gambar 4. Penelitian ini dilakukan di  dalam  ruangan tertutup dengan sumber udara input berasal dari udara output .

## Gambar 4. Penyetelan peralatan
Data  pengujian  berupa output  flowrate didapatkan  dengan  memvariasikan  laju  aliran input yang  terukur  dengan    rotameter.  Laju  aliran input divariasikan mulai dari 20 L/s sampai dengan 70 L/s dengan  kenaikan  5.  Performa bladeless  fan merupakan  perbandingan  laju  aliran output dibagi dengan laju alira input .  Tabel hasil pengujian dapat diihat pada Tabel 1.

## Tabel 1. Data hasil pengujian
Pengujian Ke- Input flow rate (L/s) Output flow rate (L/s) Luas wind tunnel (m 2 ) Input Ambient Output 𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡 Suhu (°C) RH (%) Suhu (°C) RH (%) Suhu (°C) RH (%) 1 20 160 0.0975 26.1 45 37.3 25 24.2 56 8.0 2 25 216 0.0975 26.1 45 37.1 25 24.6 56 8.6 3 30 281 0.0975 25.9 45 37.1 25 24.6 56 9.4 4 35 346 0.0975 24 45 37.2 25 24.6 56 9.9 5 40 411 0.0975 22.2 48 37.1 25 25.4 64 10.3 6 45 476 0.0975 22.2 48 37.1 25 26.5 64 10.6 7 50 541 0.0975 21.3 48 36.9 25 26.5 64 10.8 8 55 606 0.0975 20.1 50 36.8 25 27.2 65 11.0 9 60 671 0.0975 19.5 50 36.9 25 27.4 65 11.2 10 70 801 0.0975 19.1 50 36.9 25 27.5 65 11.4

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian bladeless  fan dilakukan  untuk mendapatkan  data flow  rate input  dan  output untuk  mengetahui  seberapa  besar  kelipatan volume flow rate setelah melewati bladeless fan . set-up  peralatan  pengujian  dan  mengambil  data seperti diperlihatkan pada Gambar 5a.
Data  pengujian  berupa volume  flow  rate input yang  dicatat  dari rotameter  dengan mengatur valve nomor 2 dengan variasi:  20 – 70 m 3 /s  dengan  kenaikan  5  m 3 /s . Data output didapatkan  dari  pengukuran flow  rate rata-rata wind  tunnel dikalikan  dengan  luas  penampang wind tunnel .
Gambar  5a. Foto pengujian
Gambar 5b. Foto pengujian
Gambar 5c. Foto pengujian
Pada  Gambar  5b  dan  Gambar  5c  adalah gambar  pengujian  untuk  mengambil  data  suhu  dan RH dengan cara meletakkan alat  thermometer untuk mengambil data yang diinginkan.

## 3.1 Perbadingan  input  flowrate  dan  output flowrate
Dari  Tabel  1  dapat  diplot    grafik perbandingan input  flowrate terhadap output flowrate untuk mengetahui pengaruh variasi input flowrate terhadap output  flowrate sebagai  unjuk kerja  dari air  multiplier. Grafik  perbandingan Input  flowrate dan output  flowrate terlihat  pada Gambar 6.
Gambar 6. Grafik perbandingan input flowrate
dan output flowrate Pada Gambar 6 terlihat grafik
perbandingan input dan output  flowrate . Grafik pengujian  menunjukan  grafik  linier  dengan hubungan: ( Output = 12.91 x -104.25). Semakin besar input    flowrate semakin  besar  pula output flowrate .  Rata-rata  kelipatan  (perbandingan output dengan input ) flow rate dari sepuluh kali pengujian didapatkan sebesar 10.1 m 3 /s. Kelipatan  terbesar  terdapat  pada  input volume flow  rate 70  L/s  dengan  menghasilkan output flowrate sebesar 801 L/s dengan sebesar kelipatan sebesar  11.4  m 3 /s.  Kelipatan  terkecil  terdapat pada input flowrate 20 L/s dengan menghasilkan output volume  flowrate sebesar 160  L/s  dengan kelipatan flowrate sebesar 8.0 m 3 /s.
Kelipatan  terbesar  terdapat  pada input flowrate 70  L/s    yang  didapatkan  pada
pembukaan valve secara penuh untuk mendapatkan  kecepatan  aliran  udara  maksimal. Lebar  celah outlet memilki  efek  ekstrim  dalam laju  aliran  udara  keluar  karena  semakin  kecil celah  outlet  semakin  banyak  kecepatan  aliran yang  keluar.  Grafik  pengaruh input  flowrate terhadap kelipatan aliran udara ( multiple air flow ) terlihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Grafik input pengaruh flowrate terhadap multiple air flow
Pada  Gambar  7  terlihat  grafik input pengaruh flowrate terhadap multiple  air  flow yang telah didapatkan dari data pengujian hingga 10  kali  data  yang  diambil  dalam  pengujian. Didapatkan  data  terendah  untuk  kelipatan multiple air flow 8.0 m 3 /s dengan laju aliran input sebesar  20  L/s  dan  memiliki output  flowrate sebesar  160  L/s.  Pada  laju  aliran  yang  tertinggi dengan input  flowrate sebesar  70  L/s  dengan aliran output flowrate sebesar 801 L/s mendapatkan kelipatan multiple air flow sebesar 11.4 m 3 /s.
3.2 Pengaruh air flowrate terhadap temperatur output
Dari Tabel 1dapat diplot  grafik pengaruh air  flowrate terhadap temperature  output untuk mengetahui  pengaruh  variasi  input air  flowrate terhadap temperature output sebagai unjuk kerja dari air multiplier. Grafik perbandingan Input air flowrate dan temperature flowrate terlihat  pada Gambar 8.
Pada  gambar  8  terlihat  pengaruh air flowrate terhadap  temperatur input dan output . Grafik  menunjukkan bahwa semakin cepat input air  flowrate maka  akan  semakin  tinggi temperatur.  Temperatur outpu t  tertinggi  berada diangka  25.6°C  dan  memiliki input air flowrate
y = 12.91x - 104.25 150 250 350 450 550 650 750 850 20 30 40 50 60 70 Ou tp u t Flow r a te ( L /s ) Input Flowrate (L/s) 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 20 30 40 50 60 70 M ul ti pl e Ai r fl o w
Input flowrate (L/s )
70  L/s.  Data  tersebut  memiliki  angka  tertinggi karena ketika air flowrate- nya sangat cepat maka udara yang dialirkan kurang dingin. Ketika input flowrate- nya rendah maka udara yang dihasilkan akan  lebih  dingin  seperti  pada  data input  air flowrate terendah yaitu pada angka 20 L/s. Oleh karena  itu,  didapatkan temperature  output yang rendah pada angka 19.8 °C.
Gambar 8. Grafik pengaruh air flowrate terhadap temperatur input dan output

## 3.3 Pengaruh  air  flowrate  terhadap  RH
output
Dari Tabel 1dapat diplot  grafik pengaruh input air  flowrate terhadap  RH  output  untuk mengetahui  pengaruh  variasi input air  flowrate terhadap  RH    sebagai  unjuk  kerja  dari air multiplier. Grafik pengaruh air flowrate terhadap RH output terlihat pada Gambar 9.
Pada  Gambar  9,  grafik  hasil  pengujian menunjukkan  ketika  input air  flowrate berada diangka 70 L/s maka RH nya berada di angka 50 %.  Angka  tersebut  didapatkan  pada  alat termometer  digital  yang  dapat  mengetahui kelembapan pada air flowrate . Selanjutnya, input air  flowrate terendah  didapatkan  angka  sebesar 20 L/s dan RH nya didapatkan sebesar 45 %.
Gambar 9.Grafik pengaruh air flowrate terhadap
RH output 3.4 Pengaruh  air  flowrate  terhadap  RH output Dari Tabel 1dapat diplot  grafik pengaruh temperatur input terhadap output untuk mengetahui  pengaruh  variasi  temperatur input terhadap output sebagai  unjuk  kerja  dari air multiplier .  Grafik  pengaruh  temperatur input terhadap output terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10.Grafik pengaruh temperatur input tehadap RH output
Pada  Gambar  10,  grafik  hasil  pengujian menunjukkan  bahwa  pada  temperatur input tertinggi  berada  di  angka  26.1  °C  maka didapatkan  temperatur output -nya  24.24  °C. Temperatur input terendah yaitu sebesar 19.1 °C dengan  temperatur output 27.5  °C.  Temperatur input dan output dipengaruhi  oleh  laju  aliran udara. Laju aliran udara yang lambat menghasilkan temperatur input yang rendah. Laju aliran  udara  yang  lambat  menyebabkan  udara memiliki waktu yang cukup untuk melepas panas di dalam cooler . Aliran udara input yang tinggi mengakibatkan volume aliran udara sekitar yang melewati air multiplier semakin banyak sehingga temperatur output menjadi naik.

## 3.5    Relative  Humidity  Input  vs  Relative Humidity output
Dari  Tabel  1  dapat  diplot    grafik relative humidity input vs relative humidity output untuk mengetahui  pengaruh  variasi  RH input terhadap RH output sebagai unjuk kerja dari air multiplier.
Grafik relative  humidity  input  vs  relative humidity output terlihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Relative humidity input vs relative humidity output
Grafik  Gambar  11  menunjukkan  bahwa RH output tertinggi  berada  diangka  65  %  dan didapatkan input RH  sebesar  50  %  dengan  laju aliran input  flowrate berada  diangka  70  L/s  dan output flowrate berada di angka 801 L/s. Rh input terendah berada di angka 45 % dengan RH output terendahnya  berada  di  angka  56  %  dengan  laju aliran input flowrate berada di angka 20 L/s dan laju  aliran output  flowrate berada  di  angka  160 L/s.

## 4 KESIMPULAN
Hasil  penelitian  unjuk  kerja bladeless  fa n dengan dimensi lebar 20 cm dan tinggi 60 cm denga penampang airfoil NACA  0012  menunjukan flowrate ouput meningkat seiring dengan meningkatnya flowrate  input.  Flowrate  output terkecil sebesar 160 L/s dengan temperatur 24.20  C. Flowrate  output terbesar    yaitu  801  L/s  dengan temperatur 19.1  C.
Kelipatan  aliran  udara  ( multiple  airflow ) terbesar  yaitu  11.4  m 3 /s  pada  laju  aliran  udara dengan input 70 L/s dan menghasilkan laju aliran udara  801  L/s.  Kelipatan  aliran  udara  terendah yaitu 8.0 m 3 /s pada laju aliran udara input 20 L/s dengan menghasilkan laju aliran udara output 160 L/s. Rata-rata kelipatan aliran udara adalah 10.1 m 3 /s.
Penelitian  ini  dilakukan  di  dalam  ruangan tertutup  dengan  sumber  udara input berasal  dari udara output . Studi lebih lanjut dapat dibandingkan  antara  hasil  ruangan  tertutup  dan terbuka.

## REFERENSI
Cong,  R.  (2002).  Bladeless  Fan  Baffles Onlookers. Demian,  G.  (2017). Design  and  Implementation of an Air Multiplier Fan for PC) .
Fahrudin, A., Waluyo, R., & Rahmat, M. (2019). Rancang  Bangun  Tabung  Udara  Dingin Terkompresi dengan Tekanan 5 Bar. JTERA
(Jurnal  Teknologi  Rekayasa) , 4 (2),  175– 183.
HongLi,  Hai-shunDeng,  Y.  (2016).  Numerical and experimental research on the outlet flow field for the air multiplier. Applied Thermal Engineering , 93 , 652–659.
Ibnu Hakim, Imansyah and Rizka Husniawan, A.
(2015). Studi Awal Unjuk Kerja Pendingin Udara  (air  cooler)  Berbasis  Termoelektrik pada Air Duct Sepeda Motor Tipe Skutik) .
Ilham  Kurniawan,  Edi  Septe.S,  I.  S.  (2015).
Perencanaan Bejana Tekan (perssure Vessel)  tipe  Separator  Untuk  Fluida  Gas.
Ejournal Bunghatta , 6 (2).
Jafari,  M.,  Afshin,  H.,  Farhanieh,  B.,  & Bozorgasareh, H. (2015). Numerical
Aerodynamic Evaluation and Noise
Investigation of a Bladeless Fan. Journal of Applied Fluid Mechanics , 8 (1), 133–143. li chunxi, wang song, Ling,  jia yakui. (2011). The performance  of  a  centrifugal  fan  with enlarged  impeller. Energy  Conversion  and Management , 52 (8–9), 2902–2910.
Peng-cheng, Z., Xiao-rui, D., Qiang, W., & Shi, Y.-C.  (2016).  Design  and  Research  on Engine  Cooling  Fan  Based  on  Bladeless Fan. Journal  of  North  University  of  China
(Natural Science Edition) , 5 (9).
Yaling Ye, Xiaoyong Peng, Jingjing Liang, Z. F.
(2016).  Numerical  Analysis  of  Inducing Airflow  Characteristics  on  the  Airfoil Model Based Coanda Effect. Measurement and  Intelligent  Materials.  Atlantis  Press ,
(2015).