## Pengujian performa Electric Ducted Fan (EDF)
Buyung Junaidin 1* , Satya Wicaksono 2
1,2 Prodi Teknik Dirgantara, Fakultas Teknologi Kedirgantraan, Institut Teknologi Dirgantara Adisutjipto Yogyakarta
Jl. Janti Blok-R Lanud Adisutjipto Yogyakarta * Corresponding author : buyung@itda.ac.id

## Abstract
EDF (Electric Ducted Fan) is an electric propulsion consists of duct, fan, and electric motor  with  the  motor  power  source  comes  from  battery  which  creates  compression  air  for thrust.  Design  and  configuration  of  an  EDF  is  not  complicated  as  jest  engine,  but  it  could generate high thrust for highspeed flying like highspeed UAV needs. Preliminary design of an EDF yields a design and performance estimation. The design needs validation by experimental test for real performance data. The test needs test tools and EDF itself. The aim of this research is  experimental  testing  of  an  EDF  for  real  performance  data  as  validation  of  the  existing design. Performance test is done by EDF test bed hence manufacturing process of EDF is done by 3D printing. Test results show differences in performance of EDF with estimation results by analytical approach. Thrust of EDF from experimental test is lower than estimation calculation from  preliminary  design,  so  that  the  EDF  not  fill  design  criteria  yet  and  needs  refinement design.
Keywords:  energy  conversion,  design,  manufacture,  materials  processing,  mechanical engineering.

## Abstrak
EDF ( Electric Ducted Fan ) merupakan propulsi elektrik yang terdiri dari duct , fan, dan motor elektrik dengan sumber tenaga motor berasal dari baterai sehingga dapat mengasilkan udara terkompresi yang menghasilkan gaya dorong . Perancangan dan konfigurasi EDF lebih sederhana dibandingkan dengan mesin jet, namun dapat menghasilkan gaya dorong yang cukup untuk  kebutuhan  terbang  cepat  seperti  pada highspeed UAV.  Perancangan  awal  EDF menghasilkan  sebuah  rancangan  dan  perkiraan  awal  performa  EDF.  Hasil  rancangan  perlu divalidasi  melalui  pengujian  dengan  pendekatan  eksperimen  untuk  mengetahui  performa sebenarnya  dari  EDF  hasil  rancangan.  Proses  pengujian  membutuhkan  benda  uji  EDF  hasil rancangan dan alat uji performa EDF. Fokus dari penelitian ini adalah melakukan pengujian EDF  untuk  mendapatkan  data  performa  sebenarnya  yang  digunakan  untuk  validasi  hasil rancangan sebelumnya. Pengujian performa EDF dilakukan dengan menggunakan alat uji EDF Test  Bed ,  sedangkan  proses  manufaktur  EDF  dilakukan  dengan  metode  cetak  tiga  dimensi. Hasil  pengujian  EDF  menunjukan  perbedaan  antara  performa  EDF  hasil  pengujian  dengan performa  perkiraan  awal  hasil  perhitungan  analitik.  Nilai  gaya  dorong  EDF  hasil  pengujian lebih  kecil  dibandingkan  dengan  perkiraan  awal,  sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  EDF belum memenuhi kriteria rancangan awal sehingga perlu dilakukan perbaikan rancangan. Kata kunci: Electric Ducted Fan (EDF), pengujian, performa.

## Pendahuluan
Propulsi  elektrik  adalah  salah  satu alternatif  propulsi  yang  dikembangkan seiring  dengan  meningkatnya  kesadaran manusia  atas  kebutuhan  energi  bersih  atau
tanpa gas buang. Di dunia penerbangan telah lama  dikembangkan  sistem  propulsi  yang menghasilkan  gas  buang  lebih  sedikit, bahkan tanpa gas buang sama sekali. Salah satu bentuk propulsi tanpa gas buang adalah
propulsi  elektrik  dan  salah  satu  yang dikembangkan  adalah electric  ducted  fan (EDF).  EDF  merupakan  propulsi  elektrik yang terdiri dari duct , fan dan motor elektrik dengan  sumber  tenaga  motor  berasal  dari baterai sehingga dapat mengasilkan menghasilkan  gaya  dorong . Perancangan dan  konfigurasi  EDF  lebih  sederhana dibandingkan  dengan  mesin  jet,  namun dapat  menghasilkan  gaya  dorong  yang cukup untuk kebutuhan terbang cepat seperti pada high-speed UAV.  Pada  penelitian sebelumnya [1] telah dilakukan perancangan awal EDF dan analisis dengan pendekatan  analitik  untuk  menghitung performa  awal  EDF  hasil  rancangan.  Hasil penelitian  tersebut  berupa  rancangan  dan perkiraan  awal  performa  EDF.  Hasil rancangan  ini  perlu  divalidasi  melalui pengujian  dengan  pendekatan  eksperimen untuk mengetahui performa sebenarnya dari EDF  hasil  rancangan.  Proses  pengujian membutuhkan  EDF  dan  alat  uji  performa EDF.
Fokus  dari  penelitian  ini  adalah melakukan pengujian EDF untuk mendapatkan  data  performa  sebenarnya yang  digunakan  untuk  validasi  hasil rancangan sebelumnya. Pengujian performa EDF dilakukan dengan pendekatan eksperimen menggunakan alat uji EDF Test bed ,  sedangkan  proses  manufaktur    EDF dilakukan  dengan  metode  cetak  tiga dimensi.

## Tinjauan Pustaka
Fokus  utama  pengujian  sebuah rancangan adalah mendapatkan data performa real yang digunakan untuk validasi dan  pengembangan  dari  produk  rancangan tersebut. Penelitian yang melibatkan pembahasan  tentang  pengujian  performa EDF  antara  lain:  [2]  pemanfaatan  EDF sebagai  propulsi  pesawat flying  wing .
Penelitian  ini  mengkaji  secara  teoritis  dan eksperimen  dalam  aplikasi  EDF  sebagai propulsi.  Hasil  penelitian  menyimpulkan bahwa  EDF  merupakan  alternatif  propulsi yang  layak  digunakan  untuk  pesawat flyng
wing dengan  kemampuan  manuver  biasa dan ketinggian terbang rendah.
Penelitian  lain  [3]  tetang  kajian  EDF sebagai penghasil tekanan negatif  sehingga mampu memberikan efek adhesi pada suatu permukaan dengan pendekatan eksperimen. Hasil  penelitian  berupa  pengetahuan  dasar dalam  merancang  “robot  panjat  dinding” yang memanfaatkan EDF sebagai penghasil tekanan negatif.
Penelitian terbaru [4] yaitu perancangan  dan  pengujian  EDF  sebagai propulsi  pesawat  UAV  performa  tinggi. Penelitian ini meliputi  perancangan, proses pembuatan  dan  pengujian  performa  dan pengujian  akustik  dari  EDF  0,1m  yang dioptimasi  untuk  tujuan  terbang  layang. Hasil penelitian menyimpulkan bahwa EDF dapat dipasang pada UAV untuk menambah performa.  EDF  hasil  rancangan  yang  diuji memiliki  kelebihan  karena  berat  lebih ringan  dibandingkan  rotor  terbuka  untuk hasil gaya dorong sama besar.

## Metode Penelitian
Proses
manufaktur
EDF menggunakan  metode  cetak  tiga  dimensi ( 3D-printing ). Geometri EDF hasil rancangan  sebelumnya  berupa  model  CAD menjadi  input  data  dalam  proses 3D- printing .  Material  yang  digunakan  dalam proses  manufaktur  berupa  polylactic  acid (PLA)  dengan  sifat  material  sesuai  tabel  1
[5].
Tabel 1. Sifat material PLA No. Sifat Nilai 1 Young‘s Modulus 3600Mpa 2 Tensil strength 70Mpa 3 Elongation at break 2,4% 4 Flexural strength 98N/mm 2 5 Impact strength 16,5kJ/m 2 6 Notched impact strength 3,3kJ/m 2 7 MFI 3- 6g/10mnt 8 Density 1,25g/cm 3 9 Moisture absorption 0,3%
Bagian-bagian  EDF  berupa duct,  fan dan  motor-cone hasil 3D-printing sesuai gambar  1.  Bagian-bagian  EDF  kemudian dirakit  bersama  dengan  motor  elektrik sesuai  gambar  2  sehingga  siap  dilakukan proses pengujian performa sesuai gambar 3.
Gambar 1. Hasil 3D-printing (dari kiri: Duct, fan, motor cone )
Gambar 2. Bagian-bagian EDF
Gambar 3. EDF
Pengujian performa EDF menggunakan  alat  uji  berupa  EDF test  bed [6] dengan data yang dihasilkan berupa gaya dorong, daya dan kecepatan rotasi.
Konfigurasi EDF test bed sesuai gambar 4.
Sebelum  dilakukan  pengujian,  EDF test  bed divalidasi  dengan  memberikan beban  (ditarik)  dengan  beban  tertentu sehingga  pembacaan    EDF  sama  dengan beban  yang  diberikan.  Proses  validasi pembacaan  dilakukan  dengan  berbagai variasi  beban  dan  perulangan  pengambilan data sampai diperoleh kesimpulan
pembacaan EDF test bed valid. Selanjutnya, EDF  ditempatkan  di  alat  uji  EDF  Test  bed untuk dilakukan pengujian sesuai gambar 5.
Gambar 5. EDF test bed
Pengujian  EDF  dilakukan  dengan menggunakan  motor  elektrik  4000kV, sumber  daya  12V  DC,  kecepatan  rotasi mulai  2000rpm  dengan  kenaikan  500rpm dan kecepatan putar maksimal menyesuaikan  kemampuan  power  supply dan  intrumen  lainnya.  Data  pengujian berupa gaya dorong dari EDF, putaran Fan EDF dan konsumsi daya EDF.

## Hasil dan Pembahasan
Pengujian  hanya  dapat  dilakukan sampai  4000rpm  dikarenakan  keterbatasan alat  uji.  Pengambilan  data  dilakukan sebanyak  minimal  3  kali  untuk  setiap parameter kecepatan putaran. Hasil
pengujian EDF sesuai gambar 6 dan gambar 7.
Gambar 6. Gaya dorong vs kecepatan rotasi
Gambar 7. Gaya dorong vs daya
Hasil  pengujian  menunjukan  bahwa pertambahan  gaya  dorong  EDF  bersifat linier  terhadap  pertambahan  kecepatan putar, sedangkan pertambahan gaya dorong EDF  terhadap  pertambahan  daya  bersifat eksponensial.  Gaya  dorong  terbesar  EDF yang  mampu  diukur  sebesar  3N  pada kecepatan  putar  4000rpm  dengan  daya sebesar  168watt.  Nilai  gaya  dorong maksimum  EDF  belum  bisa  diukur  karena keterbatasan  alat  uji  EDF test  bed yang digunakan.
Perbandingan  data  hasil  pengujian EDF dengan perkiraan awal performa EDF (perhitungan analitik) sesuai gambar 8.
Gambar 8. Perbandingan Performa EDF
Hasil  perbandingan  performa  EDF menunjukkan bahwa performa hasil pengujian  EDF  rancangan  jauh  lebih  kecil dibandingkan  dengan  performa  perkiraan awal  dengan  metode  perhitungan  analitik, sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  EDF hasil  rancangan  belum  memenuhi  kriteria sesuai  rancangan  awal.  Hal  ini  menjadi dasar  perlunya  dilakukan  perbaikan  dan optimasi  rancangan  baik  untuk  bagian  fan maupun  bagian  duct  yang  mempengaruhi besarnya gaya dorong.

## Kesimpulan
Pengujian  EDF  dilakukan  dengan menggunakan alat uji EDF test bed dengan benda  uji  EDF  yang  dimanufaktur  dengan metode  3D printing .  Hasil  pengujian menunjukan  bahwa  pertambahan  gaya dorong  EDF  bersifat  linier  terhadap pertambahan  kecepatan  putar,  sedangkan pertambahan  gaya  dorong  EDF  terhadap pertambahan  daya  bersifat  eksponensial. Performa  EDF  hasil  pengujian  lebih  kecil dibandingkan  dengan  perkiraan  awal, sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  EDF hasil  rancangan  belum  memenuhi  kriteria rancangan  awal.  Perbaikan  dan  optimasi rancangan EDF khususnya pada bagian fan dan duct harus dilakukan untuk meghasilkan EDF  yang  sesuai  kebutuhan  rancangan. Selain itu, perlu dilakukan kajian pemilihan motor  elektrik  yang  lebih  tepat  untuk mengoptimalkan  penggunaan  daya  serta penyesuaian  kemampuan  alat  uji  EDF test bed sehingga  mampu  mengukur  gaya dorong maksimum yang mampu dihasilkan EDF.

## Ucapan terimakasih
Ucapan  terimakasih  kami  sampaikan kepada Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat  (LPPM)  Institut  Teknologi Dirgantara  Adisutjipto  (ITDA)  yang  telah membiayai penelitian ini.

## Referensi
[1]    Junaidin,  B.,  &  Cahyono,  M.  A. (2019, December). Conceptual Design
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 0 1000 2000 3000 4000 5000 Gay a d o ro n g ( N) Kecepatan rotasi (rpm) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 0 50 100 150 200 Gay a d o ro n g (N) Daya (watt) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 0 50 100 150 200 Gay a d o ro n g ( N) Daya (watt) Hasil Pengujian
Perhitungan analitik
of  Electrical  Ducted  Fan  (EDF).  In Conference SENATIK STT
Adisutjipto Yogyakarta (Vol. 5, pp. 3- 8).
[2]    Prisacariu,  Vasile  &  Boscoianu, Mircea  &  Circiu,  Ionica.  (2013). Flying wing with Electric Ducted Fan (EDF) propulsion.
[3]    Brusell,  A.,  Andrikopoulos,  G.,  & Nikolakopoulos,  G.  (2017,  July). Novel  considerations  on  the  negative pressure  adhesion  of  electric  ducted fans: An experimental study. In 2017 25th  Mediterranean  Conference  on Control  and  Automation  (MED)  (pp. 1404-1409). IEEE.
[4]    Darrah,  D.,  Eppler,  J.,  Liu,  W.,  & Anemaat,  W.  A.  (2020).  Electric Ducted  Fan  Design  and  Testing  for High  Performance  UAV  Integration. In  AIAA  Scitech  2020  Forum  (p. 0017).
[5]    Balakrishnan,  H.,  Hassan,  A.,  Imran, M.,  &  Wahit,  M.  U.  (2012). Toughening of polylactic acid nanocomposites:  A  short  review.
Polymer-Plastics  Technology  and
Engineering, 51(2), 175-192.
[6]    Jin, Y., Qian, Y., Zhang, Y., & Zhuge, W.  (2018).  Modeling  of  ducted-fan and motor in an electric aircraft and a preliminary  integrated  design.  SAE International  Journal  of  Aerospace, 11(01-11-02-0007), 115-126.
[7]    Budiyanto,  E., Nugroho, E., & Putra, Y. G. K. (2020). Electrical Discharge Machine (EDM): evaluasi nilai kekasaran  permukaan  benda  kerja pengaruh variasi  kuat  arus  listrik  dan kekerasan  material. Turbo:  Jurnal
Program Studi Teknik Mesin , 9 (1).
[8]    Halim,  G.,  Asroni,  A.,  &  Budiyanto, E.  (2022).  Analisa  kerja  mesin  CNC laser  cutting  CO2  2  axis  berbasis MACH3
pada variasi pemotongan. ARMATUR: Artikel
Teknik Mesin & Manufaktur , 3 (1), 28-
36.
[9]    Budiyanto, E., & Yuono, L. D. Proses Manufaktur . Eko Budiyanto.
[10]   Budiyanto,  E.,  Yuono,  L.  D.,  & Rohman,  F.  (2020).  Analisa  proses produksi  part  number  D574-50081- 201 menggunakan mesin milling CNC di  PT  DI. Turbo:  Jurnal  Program Studi Teknik Mesin , 9 (2).
[11]   Rudiyanto, R., Budiyanto, E., Kurniawan,  R.,  &  Sumosusilo,  J. (2020).  Pengaruh  diameter  sudu terhadap kinerja turbin angin berporos horizontal. ARMATUR: Artikel Teknik Mesin & Manufaktur , 1 (1), 17-24.
[12]   Halim,  G.,  Asroni,  A.,  &  Budiyanto, E.  (2022).  Analisa  kerja  mesin  CNC laser  cutting  CO2  2  axis  berbasis MACH3 pada variasi pemotongan. ARMATUR: Artikel Teknik Mesin & Manufaktur , 3 (1), 28- 36.