Jurnal Ilmiah Foristek Jurusan Teknik Elektro UNTAD https://foristek.fatek.untad.ac.id
DOI : https://doi.org/ 10.54757/fs.v12i1.144
pISSN : 2087 – 8729 eISSN : 2087 – 8729 Vol 12, No. 1, Maret 2022

## DISTRIBUSI TEKANAN PADA AIRFOIL NACA 23012 DENGAN PENAMBAHAN VORTEX GENERATOR
Leandis 1 , Khairil Anwar 2 , Rustan Hatib 3 1 Jurusan Teknik Mesin Universitas Tadulako
2,3 Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Tadulako email : khairilanwaruntad@gmail.com

## Abstract
This study aims to determine the effect of the use of a vortex generator on the pressure distribution of the  NACA  23012  airfoil.  The  research  method  is  experimental  testing  of  the  NACA  23012  airfoil model with the addition of a vortex generator in the wind tunnel with variations  in air velocity 20.96 m/s2,  28.48  m/s2,  and  33.90  m/s2,  as  well  as  with  the  angle  of  attack.  The  results  showed  that  the airfoil  with  a  vortex  generator  had  a  lower  pressure  coefficient  (Cp)  than  without  using  a  vortex generator.
Keyowrds : Vortex generator, airfoil, Naca 23012.

## I. Pendahuluan
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi tumbuh semakin pesat. Perkembangan tersebut mendorong manusia  untuk  menciptakan  teknologi yang  lebih  efisien.  Pada  bidang  mekanika fluida,  penerapan  teknologi  tersebut  juga ditemukan  pada  bidang  transportasi. Pesawat  terbang  merupakan  kendaraan yang sangat memperhatikan aspek aerodinamika.  Salah  satu  upaya  untuk meningkatkan  performansi  pada  pesawat terbang  adalah  modifikasi  komponen aerodinamika.
Salah  satu  komponen  aerodinamika yang  menentukan  performansi  pesawat terbang  adalah  sayap.  Desain  sayap pesawat  menentukan  besarnya  gaya  lift dan gaya drag pada pesawat terbang. Gaya lift  pada  sayap  terjadi  akibat  adanya tekanan  yang  tinggi  pada  permukaan bawah  dan  tekanan  yang  rendah  pada permukaan atas sayap. Gaya drag disebabkan  oleh  adanya  pergolakan  aliran (vortex)  setelah  titik  separasi  pada permukaan  atas  airfoil.  Semakin  besar daerah  vortex,  maka  gaya  drag  juga  akan
semakin besar. Modifikasi airfoil bertujuan  untuk  mengurangi  koefisien drag  dan  mendapatkan  koefisien  lift  yang direncanakan.
Hariyadi  dan  Mahaputra  (2019) meneliti  airfoil  yang  menggunakan  vortex generator  sudut  separasinya  lebih  kecil dari  pada  airfoil  yang  tidak  menggunakan vortex  generator.  Vortex  Generator  (VG) adalah  komponen  kecil  berbentuk  fin (sirip) yang ditempatkan di sayap maupun pada permukaan stabilizer ekor UAV yang bertujuan untuk memodifikasi aliran udara disekitar  permukaan  UAV  yang  terjadi pemisahan aliran (Romadhon dan Herdiana,  2017:  47).  Vortex  generator memiliki  berbagai  macam  ukuran  dan bentuk,  dan  dapat  diaplikasikan  pada berbagai  bagian  kendaraan  transportasi. Pengaplikasian  disetiap  bagian  kendaraan transportasi memiliki karakteristik masing-masing dan semua vortex generator berfungsi seperti miniatur sayap. Penempatan  vortex  generator  yaitu  tegak lurus  terhadap  permukaan  sayap,  serta dapat  menghasilkan  gaya  angkat  pada
Jurnal Ilmiah Foristek Jurusan Teknik Elektro UNTAD https://foristek.fatek.untad.ac.id DOI : https://doi.org/10.54757/fs.v10i2.107
pISSN : 2087 – 8729 eISSN : 2087 – 8729 Vol 12, No. 1, Maret 2022
UAV,  maka  dengan  gaya  angkat  tersebut masing-masing  bentuk  vortex  generator menghasilkan  perubahan  aliran  pada UAV. (Sukoco, 2015)
Gambar 1. Vortex Generator (Tallman, 2016)
Gaya  yang  dihasilkan  oleh  VG, dipengaruhi oleh adalah luas area, volume dan  jumlah  sel  VG,  sudut  yang  terbentuk dari  kecepatan  udara  relatif  ke  VG, densitas  udara,  serta    kecepatan  udara relatif.  (Sznajder  dan  Kwiatkowski,  2015: 243).
Vortex  generator  memiliki  fungsi untuk  menunda  efek  separation  sehingga dapat  meningkatkan  angle  of  attack  pada UAV  sehingga  dapat  dirumuskan  dengan suatu  metode,  dimana  vortex  generator (VG)  digantikan  oleh  subdomain  sel sehingga  menjadi  bentuk  seperti  vortex generator,  dimana  distribusi  gaya  bekerja pada fluida, sehingga efek vortex generator dapat diketahui. Unruk
mengetahui  kinerja  VG,  salah  satunya dengan  melihat  distribusi  tekanan  yang terjadi  pada  permukaan  atas  dan  bawah airfoil.  Ketika  sebuah  aliran  udara bergerak  melewati  sebuah  airfoil,  maka akan  terdapat  perbedaan  kecepatan  lokal di sekeliling airfoil, dan hal ini mengakibatkan  perbedaan  tekanan  statis di sekeliling airfoil. Kecepatan aliran yang besar  akan  menyebabkan  tekanannya menjadi  kecil,  dan  hal  ini  juga  berlaku
kebalikannya. Apabila tekanan yang dikaji lebih  besar  dari  tekanan  udara  bebas, maka  tekanan  tersebut  disebut  dengan tekanan  positif,  sedangkan  apabila  lebih kecil  dari  tekanan  udara  bebas  maka disebut dengan tekanan negatif, atau biasa disebut dengan tekanan suction. Koefesien Tekanan  yaitu  Ketika  aliran  udara melewati airfoil terjadi perubahan kecepatan local di sekitar airfoil, akibatnya terjadi perubahan tekanan statik, menurut teori Bernoulli. Distribusi tekanan menentukan Lift, pitching moment  dan  form  drag  dari  airfoil  serta posisi  dari  pusat  tekanan  (center  of pressure).  Perhitungan  tekanan  pada airfoil  ditentukan  oleh  koefisien  tekanan (coeffisien  of  pressure,  Cp).  Koefisien tekanan  adalah  selisih  antara  pengukuran tekanan lokal dengan tekanan aliran bebas dibagi dengan tekanan dinamis (Jatisukamto & Sari, 2018) Rahman dkk (2015) melakukan tes di terowongan angin subsonik 1m×1m bagian uji persegi panjang pada kecepatan aliran  25  m/s  menempatkan  airfoil  tanpa generator  vortex  dan  dengan  kemiringan generator pusaran pada sudut serang mulai dari  0  hingga  20  derajat.  Hasil  tes menunjukkan sejumlah besar pengurangan koefisien  drag  dan  peningkatan  koefisien angkat  dengan  menggunakan  generator vortex.  Perbandingan  koefisien  tekanan, koefisien  angkat,  koefisien  drag  antara airfoil  tanpa  generator  vortex  dan  dengan generator  vortex  yang  dipasang  airfoil membantu  untuk  memahami  bagaimana generator  vortex  memberi  energi  pada aliran lapisan batas.
Agarwal dan Kumar (2016) menemukan  bahwa  pada  sudut  kecil serang  sayap,  VG  memiliki  efek  yang tidak  signifikan  dengan  sedikit  penurunan daya  angkat  dan  sedikit  peningkatan  gaya hambat  sayap.  Namun  pada  sudut  serang yang  lebih  besar,  gaya  angkat  meningkat
Jurnal Ilmiah Foristek Jurusan Teknik Elektro UNTAD https://foristek.fatek.untad.ac.id DOI : https://doi.org/10.54757/fs.v10i2.107
pISSN : 2087 – 8729 eISSN : 2087 – 8729 Vol 12, No. 1, Maret 2022
dan hambatan berkurang secara signifikan. Dengan  perubahan  posisi  VG  di  atas airfoil  efeknya  bervariasi.  Lokasi  VG untuk  peningkatan  kinerja  maksimum berubah  dengan  perubahan  sudut  serang. Lokasi VG yang optimal bergerak ke hulu pada  airfoil  seiring  dengan  meningkatnya sudut serang. Metodologi numerik memberikan  wawasan  tentang  kontrol pemisahan  aliran  yang  dicapai  dan menjelaskan  secara  rinci  mekanisme  di balik  kontrol  pemisahan  aliran.  Makalah ini  memberikan  pemahaman  yang  lebih baik tentang pemosisian VG untuk kontrol pemisahan aliran yang ditingkatkan.
Ayudia  dkk.  (2020)  menyatakan bahwa Salah satu upaya untuk meningkatkan  gaya  angkat  adalah  dengan membuat  aliran  udara  di  bagian  atas airfoil  lebih  turbulen.  Aliran  turbulen dapat  menarik  momentum  dari  lapisan batas,  hasil  perpindahan  momentum  ini memiliki  energi  yang  lebih  terhadap tekanan  yang  merugikan  yang  dapat memicu  pemisahan  aliran.  Upaya  yang dapat  dilakukan  untuk  mengurangi  aliran pemisahan dan meningkatkan gaya angkat adalah  penambahan  generator  turbulen pada  permukaan  atas  airfoil,  salah  satu jenis  generator  turbulen  adalah  vortex generator. Vortex generator dapat mempercepat  transisi  dari  lapisan  batas laminar  ke  turbulen  lapisan  batas.  efek dari  generator  vortex  tipe  lurus  pada koefisien  lift,  dengan  membandingkan airfoil  polos  dan  airfoil  yang  telah diterapkan  ke  generator  vortex  untuk memvariasikan  sudut  serang.  Variasi sudut  serang  adalah  0º,  5º,  10º,  15  dan penempatan  vortex  generator  adalah  24% dari  leading  edge.  Hasil  diperoleh  bahwa
koefisien lift berubah dengan meningkatnya sudut serang dan penerapan vortex generator ke airfoil dapat meningkatkan koefisien angkat dari airfoil biasa. yang optimal peningkatan  koefisien
lift  berada  pada  sudut  serang  5º  sebesar 13%.
Dari  sejumlah  penelitian  di  atas, terlihat bahwa secara umum, VG memiliki pengaruh  terhadap  kinerja  aerodinamis pada sejumlah airfoil yang telah disebutkan, meskipun dengan karakteristik yang  berbeda-beda.  Oleh  karena  itu, penulis  akan  mengkaji  lebih  lanjut bagaimana  pengaruh  penggunaan  vortex generator terhadap distribusi tekanan pada airfoil NACA 23012.

## II. Metode Penelitian
Penelitian  ini  menggunakan  metode eksperimental,  dengan  pengujian  airfoil NACA  23012  pada  terowongan  angin ( wind  tunnel )  untuk  melihat  distribusi tekanan  pada  permukaan  airfoil  dengan dan tanpa menggunakan Vortex Generator (VG)  (gambar  1).  Pengukuran  tekanan menggunakan manometer untuk mendapatkan  distribusi  tekanan  pada permukaan  airfoil  bagian  bawah  dan bagian  atas,  yang  akan  menunjukkan kinerja  dari  airfoil  23012.  Parameter penelitian  lainnya  meliputi  kecepatan udara  dan  posisi  sudut  serang  ( angle  of attack atau  AoA).  Pengukuran  kecepatan aliran  udara  bebas  menggunakan  tabung pitot.
Gambar 2. Terowongan Angin Deltalab EA600 dengan manometer pengukuran tekanan
Jurnal Ilmiah Foristek Jurusan Teknik Elektro UNTAD https://foristek.fatek.untad.ac.id DOI : https://doi.org/10.54757/fs.v10i2.107
pISSN : 2087 – 8729 eISSN : 2087 – 8729 Vol 12, No. 1, Maret 2022
Dalam  penyusunan  penelitian  Ran Airfoil  NACA  23012  terdiri  atas  16 lubang  statis:  8  lubang  dipermukaan  atas (1-8)  dan  8  lubang  dibagian  bawah,  yang dihubungan dengan manometer menggunakan  selang.  Panjang  Chord Airfoil  (C)    sebesar  10  cm.  Penelitian dilakukan  pada  model    airfoil NACA 23012  tanpa  vortex  generator dan  dengan menggunakan  vortex  generator  Airfoil seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Model Airfoil NACA 23012 tanpa VG & dengan VG
Gambar 4. Dimensi VG pada Airfoil NACA 23012
Tekanan  pada  16  titik  permukaan airfoil dapat dihitung dengan persamaan :
i =
Di  mana:  h i =  h i  h ref.airfoil (m), selisih tinggi tekanan statis pada permukaan  airfoil  (h i )  dan  tinggi  awal tekanan  statis  pada  permukaan  airfoil (h ref.airfoil )
Sedangkan koefisien tekanan (Pressure  Coefficient)  pada  16  titik permukaan airfoil, dihitung dengan menggunakan persamaan: III. Hasil dan Diskusi
Pengujian dengan menggunakan terowongan  angin  dilakukan  dengan penambahan  vortex  generator  pada  airfoil dibandingkan  dengan  tanpa  menggunakan vortex  generator.  Koefisien  tekanan  (C P
) adalah suatu bilangan tak berdimensi yang merupakan tekanan statis terhadap tekanan freestream. Koefisien  tekanan (C P ) merupakan parameter  yang berfungsi untuk  mengetahui  karakteristik  aliran fluida  yang  melewati  airfoil.  Distribusi tekanan  yang  terjadi  disepanjang  airfoil merupakan karakteristik aliran fluida yang terjadi.
Gambar 5 . Distribusi tekanan pada permukaan atas (pressure tap 1-8) pada airfoil dengan dengan variasi sudut serang
Gambar  5  menunjukkan  distribusi tekanan negatif sepanjang permukaan atas airfoil  dengan  variasi  sudut  serang.  Dari gambar  tersebut  dapat  dilihat  bahwa
Jurnal Ilmiah Foristek Jurusan Teknik Elektro UNTAD https://foristek.fatek.untad.ac.id DOI : https://doi.org/10.54757/fs.v10i2.107
pISSN : 2087 – 8729 eISSN : 2087 – 8729 Vol 12, No. 1, Maret 2022
seiring  dengan  penambahan  sudut  serang, nilai  Cp  negatif  akan  semakin  besar, sampai  sudut  maksimum  di  sudut  serang pada  rentang  sudut  9  -12  .  Hal  ini disebabkan karena dengan semakin besarnya  sudut  serang  maka  kecepatan aliran  yang  terjadi  pada  permukaan  atas akan semakin besar sehingga tekanan akan mengalami  penurunan.  Selanjutnya  akan menurun seiring penambahan sudut serang lebih lanjut, di mana pada sudut 14  sudah kehilangan  gaya  angkat  atau  mengalami stall.  Berdasarkan  posisi  pressure  tap, terlihat  bahwa  tekanan  negatif  lebih  besar pada  posisi  dekat  dengan  leading  edge, kemudian  mengalami  penurunan  sampai ke trailing edge.
Gambar 6 . Distribusi tekanan pada permukaan atas pada airfoil dengan dengan variasi kecepatan udara pada sudut serang 9  dengan VG
Gambar  6  menunjukkan  distribusi tekanan negatif sepanjang permukaan atas airfoil  dengan  variasi  kecepatan  udara. Dari  gambar  tersebut  dapat  dilihat  bahwa untuk semua variasi kecepatan udara, nilai koefisien  tekanan  (Cp)  negatif  semakin menurun  seiring  dengan  posisi  pressure tap  (x/c)  dari  leading  edge  ke  trailing edge. Dari variasi kecepatan udara, terlihat bahwa  semakin  tinggi  kecepatan  udara maka  koefisien  tekanan  (Cp)  negatif semakin  besar.  Hal  ini  disebabkan  karena kecepatan udara yang semakin besar yang melewati permukaan atas airfoil
menyebabkan  tekanan  yang  terjadi  akan semakin rendah.
Gambar 7 . Distribusi tekanan pada permukaan atas dan bawah pada airfoil dengan dan tanpa VG pada kecepatan udara 33,9 m/s pada sudut serang 6 
Gambar  7  menunjukkan  distribusi tekanan  pada  permukaan  atas  dan  bawah pada  airfoil  dengan  dan  tanpa  VG  pada kecepatan  udara  33,9  m/s  pada  sudut serang  6  .  Dari  gambar  6  terlihat  bahwa untuk  airfoil tanpa dan dengan VG, untuk permukaan  atas  memiliki  nilai  koefisien tekanan  negative  (suction  pressure  atau tekanan hisap), sementara untuk permukaan bawah airfoil memiliki
koefisien tekanan positif, yang memberikan  gaya  dorong  pada  airfoil. Gabungan  tekanan  isap  pada  permukaan atas,  dan  tekanan  dorong  pada  pada permukaan  bawah  memberikan  gaya angkat pada airfoil. Sehingga  gaya  angkat yang optimal adalah yang memiliki selisih atau  perbedaan  tekanan  yang  semakin besar pada kedua permukaan. Dari gambar 6 terlihat bahwa, untuk permukaan bawah airfoil,  tidak  menunjukkan  perbedaan siginifikan  antara  airfoil  tanpa  VG  dan airfoil  dengan  VG,  oleh  karena  belum terpengaruh  dengan  perubahan  bentuk permukaan  atas  airfoil.  Sedangkan  pada permukaan  atas  airfoil,  koefisien  tekanan negatif  pada  airfoil  dengan  penambahan VG  cenderung  lebih  besar  dibandingkan dengan airfoil tanpa VG.
Jurnal Ilmiah Foristek Jurusan Teknik Elektro UNTAD https://foristek.fatek.untad.ac.id DOI : https://doi.org/10.54757/fs.v10i2.107
pISSN : 2087 – 8729 eISSN : 2087 – 8729 Vol 12, No. 1, Maret 2022
Gambar 8 . Distribusi tekanan pada permukaan atas dan bawah pada airfoil dengan dan tanpa VG pada kecepatan udara 33,9 m/s pada sudut serang 7 
Gambar  8  menunjukkan  distribusi tekanan  pada  permukaan  atas  dan  bawah pada  airfoil  dengan  dan  tanpa  VG  pada kecepatan  udara  33,9  m/s  pada  sudut serang  7  .  Dari  gambar  7  terlihat  bahwa untuk  permukaan  bawah  airfoil  dengan VG,  nilai  koefisien  tekanan  positifnya lebih  besar  dibandingkan  dengan  tanpa VG (sudah ada pengaruh dengan perubahan bentuk permukaan atas airfoil). Sedangkan  pada  permukaan  atas  airfoil, koefisien  tekanan  negatif  pada  airfoil dengan  penambahan  VG  juga  masih cenderung  lebih  besar  dibandingkan dengan airfoil tanpa VG.
Gambar 9 . Distribusi tekanan pada permukaan atas dan bawah pada airfoil dengan dan tanpa VG pada kecepatan udara 33,9 m/s pada sudut serang 10 
Gambar  9  menunjukkan  distribusi tekanan  pada  permukaan  atas  dan  bawah pada  airfoil  dengan  dan  tanpa  VG  pada kecepatan  udara  33,9  m/s  pada  sudut serang 10  (dengan Cp negatif maksimum). Dari gambar 8 terlihat bahwa untuk  permukaan  atas  airfoil,  koefisien tekanan negatif pada airfoil tanpa penambahan  VG  cenderung  lebih  besar dibandingkan dengan airfoil dengan VG.
Dari hasil pengujian diperoleh bahwa efek peningkatan gaya angkat berdasarkan distribusi  tekanan  akibat  penambahan vortex  generator  diperoleh  pada  sudut serang  yang  lebih  rendah.  Namun  untuk sudut  serang  yang  lebih  tinggi,  efek penambahan  vortex  generator  cenderung menurunkan tekanan negatif pada permukaan atas airfoil. Penggunaan vortex generator  sesungguhnya  ditujukan  untuk dapat  mengubah  aliran  laminar  menjadi aliran  turbulen  sehingga  menyebabkan aliran dekat dengan permukaan atas airfoil dengan vortex generator memiliki kecepatan  yang  lebih  tinggi  dibandingkan tanpa  menggunakan  vortex  generator (Heriyadi  S,  2019).  Dalam  hal  ini,  masih perlu investigasi lebih lanjut terkait variasi dimensi, bentuk, dan jarak vortex generator  yang  harus  disesuaikan  dengan karakteristik  masing  –  masing  airfoil untuk  mendapatkan  efek  positif  dari penambahan vortex generator.

## IV. Kesimpulan
Dari hasil pengujian dan pembahasan dapat  ditarik  kesimpulan  yaitu  dengan penambahan vortex generator menyebabkan bagian upper surface menghasilkan  koefisien  tekanan  yang lebih besar dibandingkan tanpa menggunakan  vortex  generator.  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  nilai koefisien  tekanan  (Cp)  airfoil  tanpa menggunakan  vortex  generator  untuk sudut  serang  6,7,  dan  8°  untuk  upper
Jurnal Ilmiah Foristek Jurusan Teknik Elektro UNTAD https://foristek.fatek.untad.ac.id DOI : https://doi.org/10.54757/fs.v10i2.107
pISSN : 2087 – 8729 eISSN : 2087 – 8729
Vol 12, No. 1, Maret 2022
surface  sebesar  -1,8235,  -1,5000,  dan  - 1,3529  dan  lower  surface  1,2647,  0,8529, dan 0,7059 sedangkan
dengan menggunakan  vortex  generator  yaitu  -
2,0735,  -1,6176,  dan  -1,5000  dan  1,2941, 0,8824, dan 0,7353.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Agarwal,  Shubham  and  Priyank Kumar. 2016. “Numerical Investigation  of  Flow  Field  and Effect  of  Varying  Vortex  Generator Location  on  Wing  Performance”. Birla Institute of Technology, Ranchi
: India
[2]  Ayudia, Siti Aisyah, Artoto Arkundato, and Lutfi Rohman. 2020. “Study  of  Generator  Effect  on Airfoil  Aerodynamics  Using  the Computational Fluids Dynamics Method”.  Faculty  of  Mathematics and Natural Seciences, University of Jember.
[3]  Heriyadi,  Setyo  dan  Ramadhan
Pradana  Mahaputra.  2019.  “Studi Eksperimen  Pengaruh  Penggunaan Vortex  Generator  Pada  AIRFOIL NACA 0012 Dengan Moke Generator”.  Teknik  Penerbangan, Politeknik Penerbangan Surabaya.
[4]  Jatisukamto dan sari. 2018. “ANALISIS  AIRFOIL  DOUBLE- SLOT  FLAP  LS(01)-0417  MOD DENGAN  AIRFOIL  TANPA  FLAP NASA  SC(2)  0610”.  Prosiding Konferensi  Nasional  Engineering Perhotelan IX - 2018 (215-219).
[5]  Rahman,  Mahbubur,  Md.  Amzad Hossain,  Md.  Nizam  Uddin  and Mohammad Mashud. 2015.
“Experimental  Study  Of  Passive Flow  Separation  Control  Over  A
NACA  0012  Airfoil”.  Depertment Of  Mechanical  Engineering,  Khulna University  Of  Engineering  and Technology, Khulna-9203
[6]  Romadhon.  A.  dan  Dana.  H.,  2017. Analisis CFD Karakteristik Aerodinamika  Pada  Sayap  Pesawat LSU-05 Dengan Penambahan Vortex
Generator.  Teknologi  Dirgantara. 15(1): pp. 52-57
[7]  Sukoco,  2015.  Upaya  Peningkatan Gaya  Angkat  Pada  Model  Airfoil Dengan Menggunakan Vortex Generator.  Teknik.  5(2):  pp.  140- 141.
[8 ]Sznajder.  J.  dan  Tomasz.  K.,  2015. effects  Of  Turbulence  Induced  By Micro Vortex Generators On Shockwave Boundary Layer Interactions.  Journal  of  KONES Powertrain  and  Transport.  22(2):  p. 243.