## Jurnal Asiimetrik: Jurnal Ilmiah Rekayasa Dan Inovasi
Terakreditasi “ Peringkat 3” berdasarkan SK Dirjendiktiristek, Nomor: 225/E/KPT/2022 Volume 5 Nomor 2 Tahun 2023, Juli 2023, Halaman 161-170 Website : http://journal.univpancasila.ac.id/index.php/asiimetrik/

## Analisis Modifikasi Desain pada Lokomotif CC-201 Tipe GE U18C dengan Metode Simulasi CFD

## Design Modification Analysis on the CC-201 Locomotive Type GE U18C using the CFD Simulation Method
Fahmi Ahmad Yulianto 1 , Riyan Ariyansah 1  dan Goodman Octavianus 2
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri dan Informatika, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. HAMKA, Jl. Tanah Merdeka, No.6, Ciracas, Jakarta Timur, Indonesia
2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Global Jakarta, Jl. Boulevard Raya, No.2, Kota Depok, Jawa Barat, Indonesia

## Informasi artikel:
Diterima: 09/01/2023 Direvisi: 14/01/2023 Disetujui: 17/01/2023

## Abstract
The CC-201-type U18C locomotives are widely used for public transportation in Indonesia. Like other modes of transportation or vehicles, the body's design is an important factor to consider because it influences the aerodynamic capabilities of the vehicle. The study aims  to  analyze  the  effect  of  variations  in  the  design  angle  of  the  CC-201  type  U18C locomotive body on the coefficient of drag and aerodynamics. The method used in this research is CFD simulation using CAE-based engineering software, Ansys Fluent R2 2022. CFD simulations were performed on locomotive body designs with angle variations of 90°, 135°, and 150° using the same boundary condition parameters. The results show that the locomotive body design with the 60° variation has the smallest drag coefficient value of 0.51076379. The study conclusion explains that changing the angle of 150 degrees at the top of the GE U18C-type locomotive body has a significant effect on lowering the value of the drag coefficient by up to 29%.
Keywords: locomotive body, CFD, coefficient drag, Ansys fluent, body pressure.

## SDGs : Abstrak
Lokomotif CC-201 tipe U18C banyak digunakan sebagai transportasi umum di Indonesia. Sama  halnya  dengan  jenis  transportasi  atau  kendaraan  lainnya  dimana  bentuk  bodi merupakan salah satu aspek penting yang perlu diperhatikan karena mempengaruhi sifat aerodinamisnya.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  pengaruh  variasi  sudut desain  bodi  lokomotif  U18C  tipe  CC-201  terhadap  koefisien  drag  dan  aerodinamika. Metode  yang digunakan  dalam  penelitian  ini  ialah  simulasi  CFD  menggunakan software engineering berbasis CAE yaitu Ansys Fluent R2 2022. Simulasi CFD dilakukan pada desain bodi  lokomotif  dengan  variasi  sudut  90 o ,  135 o dan  150 o menggunakan  parameter  batas kondisi  yang  sama.  Kemudian,  hasil  simulasi  CFD  menunjukkan  bahwa  desain  bodi lokomotif dengan variasi sudut 150 o memiliki nilai coefficient drag yang paling kecil yaitu 0,51076379. Kesimpulan penelitian menjelaskan bahwa perubahan sudut 150 derajat pada bagian  atas  bodi  lokomotif  tipe  GE  U18C  memiliki  pengaruh  yang  signifikan  dalam menurunkan nilai koefisien hambat hingga 29%.
Kata Kunci: bodi lokomotif, CFD, koefisien hambat, Ansys fluent, tekanan bodi.
 Penulis Korespondensi email : riyan_ariyansah@uhamka.ac.id
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License

## 1. PENDAHULUAN
Lokomotif CC-201 tipe U18C yang diproduksi oleh General Electric yang bobotnya lebih ringan 84  ton  dari  pendahulunya  CC  200  dan  memiliki tenaga mesin 1950 HP banyak digunakan sebagai transportasi publik di Indonesia (Rahardjo, Hakim dan  Wahab,  2017) .  Seperti  pada  transportasi lainnya  desain  dari  suatu  bodi  kendaraan  atau bodi  lokomotif  ini  merupakan  salah  satu  aspek penting dimana efisiensi kinerja lokomotif dapat dimaksimalkan  apabila  desain  bodi  lokomotif dapat  dirancang  sehingga  memiliki  desain  bodi yang aerodinamis dan memiliki gaya hambat atau coefficient drag (Cd) yang kecil, dimana nilai Cd dapat  dihitung  dengan  persamaan  1 (Sulistyono, Finahari dan Farid, 2013) :
Cd = 𝐷 𝜌 2 𝑣 2 𝐴 (1)
dimana:
Cd = coefficient drag D   = gaya hambat (N) ρ = massa jenis air (kg/m 3 ) A   = luasan yang mewakili daerah tegak lurus dengan aliran udara (m 2 ) v = kecepatan udara (m/s)
Aerodinamika  pada  bodi  lokomotif  dapat
dianalisis menggunakan
metode
true
experimental dengan  melakukan  uji  terowongan angin pada prototipe lokomotif (Sicot dkk., 2018) . Selain  itu,  aerodinamika  pada  bodi  lokomotif dapat  juga  disimulasikan  dengan  metode computational fluid dynamics menggunakan perangkat lunak engineering berbasis CAE seperti Ansys  Fluent  disertai  data-data  parameter  yang didapatkan  dari  referensi  pustaka (García  dkk . , 2015) .  Metode  ini  telah  banyak  digunakan  untuk menyimulasikan  aerodinamika  dari  kereta  atau lokomotif karena metode ini dapat mempercepat proses  penelitian,  disebabkan  tidak  perlu  lagi membuat  alat  uji  dan  bahan  uji  secara  nyata, sehingga  meringankan  biaya  penelitian (Bahman dan Iannuzzo, 2018) .
Ansys  Fluent  merupakan  salah  satu  bagian dari  satu  paket  perangkat  lunak  Ansys  Student yang  dapat  diunduh  secara  gratis  dan  mendapat lisensi  resmi  dari  ANSYS (ANSYS,  2022) .  Dimana dalam penggunaannya ada  beberapa syarat yang
perlu  diperhatikan  agar  analisis  atau  simulasi aerodinamika  yang  dilakukan  mendapatkan  hasil yang maksimal seperti desain harus sesuai dengan spesifikasi  masalah,  lalu  data  material  yang digunakan harus sesuai standar, proses mesh tidak melebihi  batas  maksimal, boundary  condition harus lengkap dan spesifik, serta melakukan input solution untuk  mendapatkan  hasil  simulasi  yang divisualisasikan dengan perbedaan gradasi warna contour , streamline , vector ,  dan  lain-lain (Gamayel dan Octavianus, 2022) . Sehingga, diperlukan validasi dalam menentukan metode turbulen proses simulasi CFD menggunakan  Ansys  Fluent.  Dari  kajian  literatur yang  relevan,  model  turbulen  yang  tepat  untuk mengetahui  nilai coefficient drag (Cd)  dengan mensimulasikan  desain ahmed body yaitu  k- epsilon realizable non - equilibrium wall functions memiliki  nilai error terkecil  kurang  dari  5%. Dimensi  geometri  dari ahmed body seperti  pada Gambar 1 (Banga dan Zunaid, 2015) .
Gambar 1. Dimensi 2D geometri Ahmed Body (Banga dan Zunaid, 2015)
Tinjauan  pustaka  dari  beberapa  penelitian sebelumnya  yang  memiliki  relevansi  dengan analisis bodi lokomotif menggunakan metode CFD seperti  penelitian optimization design for aerodynamic elements of indian locomotive of passenger train (Goswami  dkk . ,  2019) . Tujuan dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengoptimasi lokomotif  India  WAP-5  dengan  bantuan  Teknik optimasi multi-objektif sehingga dapat menstabilkan faktor aerodinamika.
Untuk  menentukan  efisiensi  teknik  ini, dilakukan desain kepala kereta api yang memiliki gaya  hambat  aerodinamis  dan  gaya  aerodinamis yang  dioptimalkan  dalam  kaitannya  dengan mempengaruhi kereta api lainnya. Hasil penilitian menunjukkan pareto yang  dapat   diterima    dan
diperoleh  dengan  bantuan  algoritma  evolusi lokomotif generasi ke-10 (Goswami dkk . , 2019) . Selanjutnya,  terdapat  penelitian  lainnya seperti drag reducing nose fairings for existing freight train locomotives (Stucki  dan  Maynes, 2022) .  Penelitian  ini  membahas  tentang pengurangan hambatan yang dapat direalisasikan dengan  penggunaan nose fairing tambahan  yang dipasang  pada  lokomotif  terdepan  dalam rangkaian  kereta  api.  Salah  satu  bentuk fairing memiliki  penampilan  seperti  baji  dan fairing lainnya  juga  berbentuk  baji,  tetapi  dengan  fitur dinding samping yang mengarahkan aliran. Untuk setiap  bentuk fairing umum,  dimensi-dimensi penting  divariasikan  secara  parametrik  dengan cara  yang  sistematis  untuk  mengidentifikasi dimensi yang menghasilkan pengurangan hambatan maksimum. Hasil penelitiannya menjelaskan  bahwa fairing berbentuk  baji  yang berkinerja terbaik mengurangi hambatan lokomotif  terdepan  secara  nominal  sebesar  14% dan bentuk fairing  dengan dinding samping yang berkinerja terbaik mengurangi hambatan sebesar 17% (Stucki dan Maynes, 2022) .
Selain  itu,  penelitian  berikutnya  seperti study of flow structure  and  its  effect on  indian train  using  CFD  technique (Kumar  dan  Singh, 2014) . Tujuan dari penelitian ini merupakan untuk menyimulasikan  dan  menganalisis  struktur  aliran dan  menemukan  titik-titik  tekanan  tinggi  dan menyarankan  perubahan  yang  sesuai  untuk menghilangkannya  dengan  titik-titik  tekanan rendah dan mempelajari pola kecepatan udara di seluruh  bodi  kereta.  Lebih  lanjut,  tujuan  dari penelitian juga untuk mempelajari aliran udara di atas kereta api India dan untuk mengetahui titik- titik tekanan tinggi yang tercipta karena gerakan kendaraan.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa desain  lokomotif  dan bogie saat  ini  memiliki beberapa kekurangan. Jika kekurangan- kekurangan  tersebut  dapat  dihilangkan,  desain bodi  kereta  akan  lebih  menarik  dalam penampilan, akan lebih stabil secara aerodinamis dan  kecepatan  serta  efisiensi  sistem  juga  akan meningkat.  Desain  bodi  kereta  saat  ini  memiliki jumlah  gaya  hambat  yang  tidak  diinginkan  dan lebih banyak konsumsi material dalam manufaktur.  Titik-titik  tekanan  tinggi  dihasilkan di  bagian  depan  lokomotif  dan  mesin  harus
melakukan  kerja  ekstra  untuk  mengatasi  gaya hambat yang diciptakan oleh titik-titik ini (Kumar dan Singh, 2014) .
Dalam periode penelitian dan pengembangan bodi  lokomotif  kereta  api  saat  ini  di  negara- negara maju. Bentuk bodi lokomotif kereta yang menyerupai  bentuk  peluru  atau  bentuk  paruh burung  lebih  popular  digunakan.  Karena  dengan bentuk  seperti  itu  rancangan  bodi  lokomotif menjadi terlihat futuristik dan terbukti memiliki sifat  aerodinamis  yang  lebih  baik  dan  nilai koefisien  hambat  yang  kecil (Wu  dkk . ,  2018) . Sedangkan,  pada  bodi  lokomotif  CC201  yang banyak digunakan sebagai kereta api di Indonesia. Bentuk  bodinya  kurang  futuristik  dan  kurang aerodinamis  atau  dominan  berbentuk  kotak. Dengan  bentuk  bodi  seperti  itu  dapat menyebabkan  aliran  turbulen  pada  permukaan bodi  lokomotif  yang  kemudian  mengakibatkan gaya hambat bodi lokomotif CC201 menjadi lebih besar.  Sehingga,  diperlukan  modifikasi  pada desain  bodi  lokomotif  CC201  agar  didapatkan desain alternatif dari bodi lokomotif CC201 yang lebih  aerodinamis  dan  lebih  kecil  nilai  koefisien hambatnya.  Tujuan  penelitian  ini  untuk menganalisis  pengaruh  modifikasi  desain  pada bodi  lokomotif  CC  201  tipe  U18C  terhadap  nilai coefficient drag dan  sifat  aerodinamika.  Maka, nantinya  akan  diketahui  variasi  desain  bodi lokomotif  yang  paling  aerodinamis  dan  memiliki nilai coefficient drag (Cd) yang paling kecil.

## 2. METODOLOGI
Pendekatan  atau  metode  yang  digunakan dalam penelitian ini adalah simulasi computational fluid dynamics (CFD).  Namun, pendekatan  simulasi  CFD  yang  dilakukan  pada penelitian ini tidak  berdiri sendiri, tapi memiliki keterkaitan  dengan  pendekatan  eksperimental ataupun  analitis.  Sehingga,  kekeliruan  dan kekurangan data parameter ketika proses simulasi CFD  berlangsung  dapat  diminimalisir  atau dihilangkan (Tu dkk . , 2023; Liawan, Tanujaya dan Darmawan, 2023) .

## 2.1. Metode Penelitian
Diagram alir penelitian seperti pada Gambar 2 disusun agar proses penelitian  dapat   berjalan
secara terstruktur dan sesuai dengan waktu yang telah ditentukan.
Gambar 2. Diagram alir penelitian
Proses  penelitian  dimulai  dengan  melakukan tinjauan studi literatur dari berbagai sumber buku dan jurnal  yang  relevan.  Selanjutnya,  proses  modifikasi desain bodi lokomotif dilakukan dengan pemodelan tiga dimensi dengan 3 variasi sudut menggunakan perangkat lunak  berbasis  CAD.  Setelah  itu,  proses  simulasi  CFD dilakukan  kepada  ketiga  variasi  desain  bodi  lokomotif menggunakan  perangkat  lunak  Ansys  Fluent  R2  2022 dengan  parameter  kecepatan  aliran  udara  80  km/j diasumsikan dalam kondisi steady . Proses validasi hasil simulasi  CFD  dilakukan  secara  otomatis  oleh  program komputasi Ansys Fluent pada ketiga variasi desain bodi lokomotif.  Apabila,  hasil  simulasi  CFD  tidak  ada notifikasi error atau warning . Maka, data hasil simulasi dapat  dikelola  dan  disajikan  dalam  bentuk  tabel. Sehingga,  perbandingan  data  hasil  simulasi  CFD  pada ketiga variasi desain bodi lokomotif dapat dibahas dan diurai.  Oleh  karena  itu,  simpulan  penelitian  dapat dijelaskan beserta saran untuk penelitian lanjutan.

## 2.2. Prosedur Simulasi CFD
Tahapan awal simulasi CFD merupakan proses pembuatan  desain  3D  modifikasi  bodi  lokomotif. Modifikasi yang dilakukan ialah dengan mengubah sudut kepala lokomotif menjadi 90 o ,135 o dan 150 o seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 .
Gambar 3. Modifikasi desain bodi lokomotif
Tahapan  berikutnya  ialah  proses mesh , dimana  geometri solid masing-masing  bodi lokomotif didiskresikan menjadi beberapa elemen dan  node. Software Ansys  Fluent  versi student memberikan  batas  maksimal  pada  proses mesh yaitu sebanyak 512.000 elemen dan node (ANSYS, 2023b) ,maka  pada  tahapan  ini  perlu  ditentukan teknik  dan  metode mesh yang  tepat  agar didapatkan  efisiensi  jumlah  elemen  dan  node pada ketiga variasi desain bodi lokomotif. Adapun jumlah  elemen  dan  node  yang  didapatkan  dari hasil  proses mesh pada  ketiga  variasi  desain seperti pada Tabel 1 .
Tabel 1. Data jumlah elemen dan node Variasi Desain Meshing Geometry Sudut Elements Nodes 1. 90 o 494064 90705 2. 135 o 492595 90398 3. 150 o 491626
90253
Mulai Selesai Studi Literatur Modifikasi Bodi Lokomotif Desain 1 Desain 2
Desain 3
Simulasi CFD (Ansys Fluent) Validasi Hasil Simulasi Pengolahan Data Hasil Simulasi Pembahasan Hasil Simulasi Kesimpulan Tidak Ya
Data pada Tabel 1 merupakan hasil efisiensi jumlah  elemen  dan  node  pada  ketiga  variasi desain  bodi  lokomotif.  Efisiensi  jumlah mesh didapatkan  dari  penerapan  metode automatic mesh , fluent solver preference , linear element order , dan element size 40 mm (Dechaumphai dan Sucharitpwatskul, 2018) . Ukuran elemen tetrahedral  3D  (segitiga  2D)  sebesar  40  mm digunakan  pada  ketiga  variasi  desain  bodi lokomotif  karena  mampu  dimanfaatkan  hingga mendekati  batas  maksimal  tetapi  tidak  melebihi batas maksimal 512000 elemen dan node (ANSYS, 2023b) .  Hasil  proses  mesh  dengan  metode  yang ditentukan  sama  pada  ketiga  variasi  bodi lokomotif  dapat  terlihat  jelas  perbedaannya seperti pada Gambar 4 .
Gambar 4. Hasil proses mesh bodi lokomotif
Verifikasi  proses mesh dilakukan  untuk memastikan  bahwa  dengan element size 40  mm adalah  metode mesh yang  terbaik  dan  efisien. Proses  verifikasi mesh dilakukan  dengan membandingkan  kualitas aspect  ratio dengan variasi element size 40 mm, 50 mm, dan 60 mm pada sampel uji desain 1. Aspect ratio merupakan rasio  antara  terpanjang  dan  terpendeknya  suatu tepi ( edge ) geometri.  Dimana, nilai aspect ratio dengan  geometri  segitiga  terbaik  yaitu  semakin mendekati nilai 1, sedangkan batas maksimal nilai aspect ratio terburuk  yaitu  semakin  mendekati nilai 20 seperti pada Gambar 5 (ANSYS, 2023a) .
Gambar 5. Ascpect ratio untuk segitiga (ANSYS, 2023a)
Dengan membandingkan nilai standar penyimpangan  dan avarage aspect ratio terkecil pada  ketiga  variasi element size seperti  pada Tabel 2 .
Tabel 2. Ascpect ratio mesh Element Size (mm) Avarage Aspect Ratio Standart Deviation 40 1.8584 0.48883 50 1.8594 0.49444 60 1.8623 0.50269 Data pada Tabel 2 didapatkan dari hasil check mesh quality pada  program Ansys Meshing. Dengan  pertimbangan  batas  maksimal  jumlah mesh pada  Ansys  versi  Student,  maka  metode element size 40  mm  sudah  tepat  dan  efisien digunakan  pada  proses  simulasi  CFD.  Karena, memiliki nilai  standar penyimpangan rasio aspek terkecil yaitu sebesar 0.48883 dan nilai rata-rata rasio  aspek  terkecil  sebesar  1.8584.  Verifikasi mesh yang  dilakukan  sudah  selaras,  dengan panduan Ansys Meshing User Guide yang mengatakan mesh terbaik  adalah mesh dengan aspect  ratio semakin  kecil  hingga  mendekati  1, sebaliknya kualitas mesh terburuk dengan aspect ratio semakin besar hingga mendekati 20 (ANSYS,
2023a) . Selanjutnya,
menentukan batas-batas
kondisi  ( boundary conditions )  pada  simulasi  CFD dengan  memasukan  data-data  parameter  yang didapatkan dari berbagai literatur yang kredibel. Adapun  data  parameter boundary  conditions antara lain (Banga dan Zunaid, 2015) : 1. Viscous models k- epsilon realizable non - equilibrium wall functions
2. Inlet velocity 80 km/j
3. Initial gauge pressure 0 Pa
4. Turbulent intensity 5%
5. Turbulent viscosity ratio 10
6. Density of air 1,225 kg/m 3
7. Viscosity of air 0,000017894 kg/ms
Kemudian, ada  beberapa parameter seperti solution methods dan solution controls dilakukan secara default atau dikendalikan melalui program ansys fluent solver , lalu proses inisialisasi simulasi menggunakan  metode hybrid initialization . Setelah  itu,  melakukan  proses run calculation dengan parameter number of iterations sebanyak 1000  agar  mendapatkan  hasil  perhitungan  yang lebih maksimal.
Berikutnya, hasil simulasi CFD menggunakan Ansys Fluent divisualisasikan dengan aplikasi CFD- Post.  Hasil  simulasi  akan  menampilkan  aliran udara yang melewati bodi kereta divisualisasikan dengan  perbedaan  gradasi  warna contour dan streamline . Selain itu, didapatkan hasil perhitungan  nilai coefficient drag (Cd)  dan  data pressure pada  masing-masing  variasi  permukaan bodi lokomotif.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  hasil  simulasi  CFD  dapat  diketahui bahwa variasi desain bodi lokomotif yang memiliki nilai coefficient drag (Cd)  terkecil  sebesar 0.51076379 adalah  variasi  desain  3  dengan  sudut 150 o artinya,  desain  3  memiliki  sifat  yang  lebih aerodinamis dibandingkan desain 1 dan desain 2. Untuk  data coefficient drag dapat  dilihat  pada Tabel 3 .
Tabel 3. Data coefficient drag
Variasi Desain Sudut Coefficient Drag 1. 90 o 0,71643674 2. 135 o 0,55463495 3. 150 o 0,51076379
Selanjutnya,  hasil  simulasi  CFD  juga menampilkan  kecepatan  aliran  udara  yang melewati ketiga variasi bodi lokomotif divisualisasikan  oleh  gradasi  warna contour seperti pada Gambar 6.
Contour yang  berwarna  semakin  mendekati warna  merah  artinya  kecepatan  aliran  udara semakin  meningkat,  sebaliknya  apabila  warna contour yang  semakin  mendekati  warna  biru artinya kecepatan aliran udara semakin melambat.
Hasil  simulasi  CFD  pada  masing-masing desain  variasi  bodi  lokomotif,  kecepatan  aliran udara seperti pada Gambar 6 menunjukan bahwa
terjadi kenaikan kecepatan aliran udara dibagian atas  bodi  lokomotif  yang  diperlihatkan  oleh contour berwarna kuning hingga mendekati warna merah. Selain itu, terjadi perlambatan kecepatan aliran  udara  dibagian  depan  dan  belakang  bodi lokomotif  yang  diperlihatkan  oleh contour berwarna hijau hingga mendekati warna biru.
(a). Desain 1 (b). Desain 2 (c). Desain 3
Gambar 6. Velocity contour variasi bodi lokomotif
Selain  itu,  dari  hasil  simulasi  CFD  juga menunjukkan  bahwa  terjadi  aliran  turbulen ( vortex )  yang  divisualisasikan  oleh  gradasi  garis streamline seperti pada Gambar 7 . Hasil simulasi CFD  pada  penelitian  ini  menunjukkan  koherensi dengan  penelitian  sebelumnya (Li  dkk . ,  2016) , bahwa  variasi  sudut  pada  bodi  lokomotif berpengaruh mengurangi besarnya aliran turbulens  ( vortex )  yang  terjadi  seperti  yang divisualisasikan  oleh  tolakan  garis streamline berwarna biru.
(a). Desain 1 (b). Desain 2 (c). Desain 3
Gambar 7. Vortex streamline variasi bodi lokomotif
Pada Gambar  7 ,  diketahui  aliran  turbulen ( vortex ) yang paling kecil terjadi pada variasi bodi lokomotif desain 3 artinya, variasi bodi lokomotif desain 3 lebih aerodinamis dibandingkan desain 1 dan  2.  Sedangkan,  bentuk  bodi  lokomotif berpengaruh pada besarnya nilai kecepatan aliran udara  ( velocity )  dan  tekanan  ( pressure )  yang diterima oleh permukaan bodi lokomotif tersebut (Wu  dkk . ,  2018) .  Artinya,  semakin  kecil  nilai kecepatan aliran udara ( velocity ) sehingga terjadi aliran  turbulen  udara  maka,  tekanan  udara ( pressure )  yang  diterima  oleh  permukaan  bodi lokomotif tersebut semakin besar atau sebaliknya, semakin  tinggi  nilai  kecepatan  aliran  udara
( velocity ),  maka  tekanan  udara  ( pressure )  yang diterima oleh permukaan bodi lokomotif semakin kecil (Li dkk . , 2023) .
Dari  hasil  simulasi  CFD  pada  variasi  bodi lokomotif  desain  3  diketahui,  bahwa  kecepatan ( velocity ) aliran udara tertinggi sebesar 34,45 m/s dan  tekanan  udara  ( pressure )  terkecil  yang diterima oleh permukaan bodi lokomotif sebesar 351.648 Pa seperti pada Tabel 4 ., artinya variasi bodi  lokomotif  desain  3  memiliki  sifat  lebih aerodinamis dibandingkan desain 1 dan 2.
Tabel 4. Data kecepatan dan tekan aliran udara hasil simulasi CFD Variasi Desain Maximum Velocity (m/s) Pressure (Pa) 1. 33.13 355.193 2. 34.23 354.234 3. 34.45 351.648 Tekanan  ( pressure )  yang  diterima  oleh permukaan  bodi  lokomotif  pada  ketiga  variasi desain divisualisasikan oleh gradasi warna contour pada  permukaan  bodi  lokomotif  seperti  pada Gambar  8 . Contour yang  warnanya  semakin mendekati  warna  merah  artinya  semakin  besar tekanan  ( pressure )  udara  yang  diterima, sebaliknya  apabila  warna contour yang  semakin mendekati warna biru artinya tekanan ( pressure ) udara yang diterima semakin kecil.
Berdasarkan Gambar  8 dapat  dilihat  area yang  dibatasi  oleh  kotak  berwarna  hitam  yang merupakan area bodi lokomotif yang divariasikan sudutnya  terjadi  perbedaan  warna pressure contour . Sehingga, diketahui bahwa variasi sudut pada  desain  bodi  lokomotif  berpengaruh  kepada besarnya  tekanan  udara  yang  diterima,  maka, variasi  sudut  150 o pada  bodi  lokomotif  desain  3 adalah  variasi  desain  bodi  yang  paling  kecil tekanan  udara  yang  diterima.  Karena, pressure contour desain  3  sebaran  warna  contournya semakin banyak mendekati warna biru dibandingkan,  desain  1  dan  2  sebaran  warna contournya  semakin  banyak  mendekati  warna kuning.  Visualisasi pressure contour yang didapatkan juga menjelaskan bahwa variasi bodi lokomotif desain 3 lebih aerodinamis dibandingkan desain 1 dan desain 2.
Hasil  simulasi  CFD  pada  penelitian  ini divalidasi dengan hasil penelitian relevan
sebelumnya  yang  menganalisa  optimasi  desain lokomotif  India  WAP-5  dengan  bantuan software Ansys Fluent . Hasil penelitian menjelaskan bahwa terjadi  penurunan nilai  Cd  pada  desain  optimasi lokomotif  WAP  5  kereta  penumpang  di  India (Goswami dkk . , 2019) .
(a). Desain 1 (b). Desain 2 (c). Desain 3
Gambar 8. Pressure contour variasi bodi lokomotif
Data penurunan nilai Cd antar desain asli dan desain optimasi terlihat jelas ditunjukkan diagram pareto pada Gambar  9 .  terlihat  rentang pareto solution nilai  Cd  pada  desain  lokomotif  yang dioptimasi  yaitu  sekitar  0.5  hingga  0.9.  Selaras, dengan hasil simulasi CFD pada penelitian ini yang mendapatkan nilai Cd terkecil sebesar 0,51076379
pada desain modifikasi lokomotif CC-201 dengan variasi sudut 150 o .
Gambar 9. Komparasi sifat aerodinamis antara desain optimasi dengan desain asli WAP 5 (Goswami dkk . ,
2019)
Kemudian, validasi dilakukan juga pada studi relevan  yang  menguji  bagaimana  arah  dan kecepatan  angin  memengaruhi  seberapa  besar hambatan  udara  yang  dialami  lokomotif  CC203 (Khoiruddin,  2022) .  Dimana,  hasil  studinya membuktikan  bahwa  terjadi  penurunan  secara signifikan  antara  desain  asli  lokomotif  CC203 dengan  desain  alternatif  geometri.  Diketahui, nilai  Cd  tertinggi  pada  alternatif  geometri  1 sebesar  0,51776631  dan  geometri  2  sebesar 0,3439524.  Sedangkan,  nilai  Cd  pada  desain  asli lokomotif  CC203  hampir  mendekati  0.7  seperti Gambar 10 .
Gambar 10. Grafik perbandingan perubahan kecepatan angin terhadap nilai CD pada tiga desain hidung lokomotif (Khoiruddin, 2022)
Temuan data nilai Cd seperti pada Gambar 10 menunjukkan  kesesuaian  dengan  hasil  simulasi CFD pada penelitian ini. Dimana, didapatkan nilai Cd  terkecil  sebesar  0,51076379  pada  modifikasi lokomotif  desain  3.  Sedangkan,  pada  desain  asli lokomotif CC-201 nilai Cd sebesar 0,71643674.
Selain  itu,  dapat  dilihat  pada Gambar  10 , bahwa variasi kecepatan udara tidak berpengaruh signifikan terhadap  perubahan   nilai   Cd,    maka
pada  penelitian  ini  sudah  tepat  menggunakan  1 parameter  variasi  kecepatan  angin  sebesar  80 km/j pada ketiga variasi desain lokomotif. Dengan demikian,  proses  simulasi  CFD  yang  dilakukan pada  penelitian  ini  memiliki  keunggulan  yaitu lebih ringkas dan efisien.

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan  pembahasan  hasil  simulasi  CFD dapat disimpulakan bahwa modifikasi desain pada bodi lokomotif tipe GE U18C terbukti berpengaruh cukup  signifikan  dalam  meminimalisir  nilai koefisien  hambat.  Dimana,  hasil  simulasi  CFD menunjukkan  penurunan  nilai  koefisien  hambat hingga  mencapai  29%  pada  modifikasi  desain  3. Maka,  didapatkan  desain  alternatif  yang  lebih aerodinamis  dengan  memodifikasi  sudut  sebesar 150 o pada  bagian  atas  bodi  lokomotif  tipe  GE U18C.
Dengan  dasar  hasil  dan  pembahasan penelitian  ini,  dominasi  bentuk  geometri  kotak pada  bagian  atas  bodi  lokomotif  sudah  dapat berkurang. Namun, perbedaan perubahan bentuk dari  desain  aslinya  masih  sederhana,  maka diharapkan penelitian lanjutan dapat menganalisis  modifikasi  desain  bodi  lokomotif yang  bentuknya  dirancang  lebih  futuristik  tapi tetap  memperhatikan  aspek  fungsi, estetika  dan aerodinamisnya.

## DAFTAR PUSTAKA
ANSYS (2022) Ansys Fluent: A History of Innovations in
CFD . Available at: https://www.ansys.com/blog/ansys-fluent- history-of-innovations (Diakses:  28  Desember 2022).
ANSYS (2023a) ANSYS  Meshing User’s  Guide . Available at:
https://www.ansys.com/search#q=meshing&t=Al lAnsysTab&sort=relevancy&numberOfResults=12
(Diakses: 17 Januari 2023).
ANSYS  (2023b) Ansys  Student  -  Free  Software Download . Available at: https://www.ansys.com/academic/students/ans ys-student (Diakses: 7 Januari 2023).
Bahman,  A.S.  dan  Iannuzzo,  F.  (2018)  ‘8 -  Computer- aided  engineering  simulations’,  in  K.  Suganuma (ed.) Wide  Bandgap  Power  Semiconductor Packaging .  Woodhead  Publishing  (Woodhead Publishing  Series  in  Electronic  and  Optical Materials), hal. 199 – 223. Banga,  S.  dan  Zunaid,  Md.  (2015) ‘CFD  Simulation  of Flow around External Vehicle: Ahmed Body’, IOSR Journal  of  Mechanical  and  Civil  Engineering ,
12(04), hal. 87 – 94.
Dechaumphai, P. dan Sucharitpwatskul, S. (2018) Finite Element Analysis with ANSYS Workbench . United Kingdom:  Alpha  Science  International,  Limited [Cetak].
Gamayel, A. dan Octavianus, G. (2022) Tutorial Ansys Workbench  Untuk  Bidang  Mekanikal:  Jilid  2 . Bandung: CV. Media Sains Indonesia [Cetak].
García, J. dkk . (2015) ‘Numerical study of the influence of  synthetic  turbulent  inflow  conditions  on  the aerodynamics  of  a  train’, Journal  of  Fluids  and Structures , 56, hal. 134 – 151.
Goswami,  B.  dkk . (2019)  ‘Optimization  Design  for Aerodynamic  Elements  of  Indian  Locomotive  of Passenger  Train’,  in  A.  Prasad,  S.S.  Gupta,  and R.K. Tyagi (eds) Advances in Engineering Design . Singapore: Springer, hal. 663 – 673.
Khoiruddin,  A.I.  (2022)  ‘Impact  of  Velocity  and  Wind Direction  to  Drag  Force  of  Commercial  Train Locomotive’, Jurnal Teknik Mesin dan
Mekatronika  (Journal  of  Mechanical  Engineering and Mechatronics) , 7(1), hal. 1 – 15.
Kumar,  V.  dan  Singh,  A.P.  (2014)  ‘Study  of  Flow Structure  and  its  effect  on  Indian  Train  Using C.F.D.  Technique’, International  Journal  of Advanced Mechanical Engineering , 4(5), hal. 463 – 468.
Li,  R.  dkk . (2016)  ‘Multi -objective  optimization  of  a high- speed train head based on the FFD method’,
Journal  of  Wind  Engineering  and  Industrial Aerodynamics , 152, hal. 41 – 49.
Li,  W.  dkk . (2023)  ‘Impact  of  ballast  length  on  train aerodynamics  for  a  wind  tunnel  layout  via  CFD analysis’, Alexandria Engineering Journal , 65, hal. 275 – 293.
Liawan,  J.P.,  Tanujaya,  H.  dan  Darmawan,  S.  (2023) ‘ Analisis Aliran Udara dan Kenyamanan Termal di Laboratorium  Perpindahan  Panas  dan  Massa menggunakan  Metode  Computational  Fluid Dynamics (CFD) ’, Jurnal Asiimetrik: Jurnal Ilmiah Rekayasa Dan Inovasi , 5(1), hal. 123 – 134.
Rahardjo,  A.,  Hakim,  M.E.  dan  Wahab,  A.  (2017)
‘Analisa  Sistem  Pembakaran  Pada  Mesin  Diesel Lokomotif  CC  201’, Jurnal  Teknik  Mesin ,  3(02), hal. 44 – 47. Sicot,  C.  dkk . (2018)  ‘Representativeness  of geometrical  details  during  wind  tunnel  tests. Application  to  train  aerodynamics  in  crosswind conditions’, Journal  of  Wind  Engineering  and Industrial Aerodynamics , 177, hal. 186 – 196. Stucki, C.L. dan Maynes, D. (2022) ‘Drag reducing no se fairings  for  existing  freight  train  locomotives’, Advances in Aerodynamics , 4(1), hal. 37-45. Sulistyono,  W.,  Finahari,  N.  and  Farid,  A.  (2013) ‘Pengaruh  Pemasangan  Tail  Dan  Front  Boat Terhadap  Unjuk  Kerja  Aerodinamik  Pada Kendaraan Sedan’, PROTON , 5(1), hal. 49 – 54. Tu,  J.  dkk . (2023) Computational  Fluid  Dynamics:  A Practical  Approach .  United  Kingdom:  Elsevier [Cetak]. Wu,  Z.  dkk . (2018)  ‘Bionic  shape  d esign  of  electric locomotive  and  aerodynamic  drag  reduction’, Archives of Transport , 48(4), hal. 99 – 109.