## Pengembangan Terowongan Angin  Kecepatan Rendah (Low Speed

## Wind Tunnel) Untuk Tujuan Edukatif di Politeknik Negeri Batam

## Nidia Yuniarsih , Wowo Rossbandrio
Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri batam Parkway Street, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: wowo@polibatam.ac.id

## Abstrak
Terowongan angin kecepatan rendah dirancang, dibangun dan diuji di daerah Politeknik Batam untuk tujuan pendidikan. Peralatan  ini  dapat  membantu  dosen  dalam  proses  belajar  untuk  menunjukkan  prinsip  dasar  aerodinamis  dan  untuk memungkinkan siswa untuk melakukan pengukuran garis  dan  mengambil  bagian dalam karya eksperimental, juga dapat mendukung teori dan membandingkannya dengan hasil simulasi. Pembangunan terowongan angin mulai dengan penentuan ukuran bagian uji dan aliran  kecepatan udara. Dan akhirnya pembuatan terowongan angin kecepatan rendah dan  analisa fungsional dilakukan pada model.

## Kata kunci: Terowongan Angin, Kecepatan Rendah, Aerodinamika

## Abstract
Low speed wind tunnel designed, constructed and tested in the area of Batam Polytechnic for educational purpose. This equipment  can  help  lecturer  in  learning  process  to  demonstrate  basic  principle  of  aerodynamic  and  to  allow  student  to perform on line measurement and take part in the serious experimental works, it also can support the theory and compare it with the simulation result. The construction of wind tunnel begin with the determination of the size of the test section and the flow of air velocity. And finally the manufacture of low speed wind tunnels and functional testing to be carried out on the model.

## Keywords : Wind Tunnel, Low Speed, Aerodynamic

## 1. Pendahuluan
Dalam  suatu  masyarakat  yang  sedang  berkembang  dan bergantung  pada  komputer  dan  selalu  mendorong  kearah teknologi  teknologi  baru,  penggunaan  terowongan  angin untuk  memecahkan  masalah  masalah  aerodinamik mungkin dipandang sudah kuno.
Akan  tetapi,  penggunaan  terowongan  terowong  angin untuk memecahkan persoalan persoalan aerodinamik yang komplek  masih  diperlukan  saat  sekarang.  Dengan kecenderungan  naiknya  bahan  bakar  meminta  kita  untuk melakukan perbaikan perbaikan efisiensi energi baik untuk angkutan  umum  ataupun  untuk  teransportasi  pesawat terbang.  Energi  yang  kita  keluarkan  untuk  transportasi
sebagiannya  dipakai  untuk  mengatasi  tahanan  udara, semakin cepat kendaraan melaju tahanan yang menghambat  gerak  laju  kendaraan  akan  semakin  besar. Lebih  jelasnya  apabila  kendaraan  kita  bergerak  dua  kali kecepatan  awalnya  maka  tahanan  udara  yang  menahan gerak kendaraan kita menjadi empat kalinya. Bearti energi yang  dibutuhkan  meningkat  pula.  Dengan  mengubah paradigma  kita  dan  memahami  karakteristik  karakteristik aerodinamik,  kita  dapat  mealakukan  penghematan  energi yang cukup besar. Merancang kendaraan yang memunyai bentuk  aerodinamis  atau  streamline  harus  menjadi  awal evolusi  berfikir  kita  saat  ini.,  terutama  bagi  para mahasiswa  yang  masih  muda,  dan  akan  menjadi  penentu kehidupan bangsa di waktu yang akan datang.
JURNAL INTEGRASI
Vol. 7, No. 1, 2015, 19-22
ISSN: 2085-3858 Article History Received February, 2015 Accepted March, 2015
Penelitian  ini  bertujuan  menggali  kembali  teknologi teknologi  yang  ditemukan  beberapa  dekade  yang  lewat untuk  memahami  dan  mempelajari  karakteristik  aliran udara, Yaitu dengan membangun terowongan angin untuk menguji  model  model  fisik  yang  diperlukan  dalam pengembangan produk-produk baru dan untuk  membantu memberikan  pemahaman  yang  komprehensif  tentang aerodinamis.
Sebagai  proyek  awal,  penelitian  ini  dimulai  dengan membangun  terowongan  angin  kecepatan  rendah  dengan material-material  yang  tersedia  di  pasar  lokal  yaitu sebagian  kita  menggunakan  bahan  kayu.  Dengan  dengan alat  tersebut,  dapat  dilakukan  penelitian  dan  percobaan untuk mengetahui berbagai fenomena fisik.

## 2. Perancangan Terowongan Angin.
Terowongan  angin  yang  dirancang  adalah  terowongan dengan  jenis  sirkuit  terbuka  ( Open  Return  Wind  Tunnel ), maka    komponenen  –komponen  utama  dari  terowongan jenis ini  terdiri dari 5 komponen utama: Settling chamber , Kerucut  kontraksi  ,  Bagian  uji,  D iffuser dan  mekanisme penggerak ( sistem pembangkit aliran udara  yaitu blower ) [1].
Sistem  pengukuran  gaya  angkat  dan  gaya  tahan  akan menggunakan  neraca  timbangan,  kemudian  alat  untuk menggunakan tekanan udara akan menggunakan manometer.

## Setlling chamber
Settling  Chamber    berada  di  bagian  paling  depan terowongan  angin,  dan  terdiri  dari  saringan  dan  jala berebentuk sarang lebah ( honey comb )..  Perancangan dari settling  chamber bertujuan  untuk  meluruskan  dan mendapatkan aliran udara dengan tingkat turbulensi rendah, maka  untuk  tujuan  tersebut  udara  luar  yang  masuk  ke dalam terowongan dilewatkan pada sistem honey comb .

## Kerucut kontraksi
Kerucut kontraksi adalah bagian yang sangat penting dari perancangan  terowongan  angin  karena  mempunyai dampak  yang  tinggi  terhadap  kulalitas  aliran  udara  pada bagian  uji.  Kerena  fungsinya  mempercepat  aliran  udara dari settling chamber ke bagian uji maka bagian ini disebut juga  nosel.  Nosel  ini  membantu    dalam  penguranga
turbulensi aliran udara dan ketidakseragaman ketika masuk pada  bagian  uji.  Pecepatan  aliran  udara  dan  pengurangan ketidakseragaman  aliran  udara  sangat  bergantung  dari perbandingan  luas  penampang  inlet  dan  oulet  dari  nosel yang kita sebut rasio kontraksi ..Perancangan dari kerucut kontraksi bertujuan untuk tekanan udara  yang diperlukan pada  saat  masuik  bagian  uji  tanpa  banyak  mengalami turbulensi.  Berbagai  model  telah  dikembangkan  peneliti lainnya, untuk tujuan kemudahan pembuatan maka peneliti mengembangkan  bagian  ini  dengan  model  model geometrik  yang sederhana.  Perbandingan rasio  kontraksi bisa  mulai dari 9:1.
Karakteristik kedua dari kerucut kontraksi adalah bentuk. Untuk  ini  pendekatan  1-D  (One  dimmensional)  untuk analisa aliran untuk menentukan gradien tekanan.
Poin penting yang perlu dipertimbangkan adalah distribusi tekanan pada diding  kerucut kontraksi ,  yang seolah-olah mempunyai wilayah dengan gradien tekanan adverse yang akan menghasilkan pemisahan lapisan batas setempat yang dapat  meningkatkan  tingkat  turbulensi,  yang  berakibat pada kualitas aliran yang buruk pada bagian uji.
Untuk  kerucut  kontraksi  kita  mengambil  perbandingan kontraksi  N= 2,7
Bagian  ini  kami  masih  menggunakan  bahan  yang sederhana  masih dari kayu lapis /plywood.

## Bagian Uji (Section Cone)
Bagian uji adalah ruang dimna model uji ditempatkan, dan bagian uji ini akan mendikte persyaratan persyaratan dari komponen  terowongan  lainnya.  Persyaratan  utama  yang diberikan  pada  bagian  uji  adalah  ukuran  dari  ruang  uji dalam hal terowongan yang kami bangun ukuran bagian uji adalah  30x30x40cm.  Kecepatan  aliran  udara  bagian  uji yang  dirancang  untuk  untuk  terowong  ini  adalah 15m/detik.
Diameter hidraulik difenisikan :
,
A :  luas penampang  0,3x0,3 m 2 = 0,09 m 2
= =  0,3
Panjang bagian uji  harus  berada diantara 0,5 sampai 3 kali diameter hidraulik.
Material  untuk    bagian  uji  menggunakan  material  yang
transparan    agar  dapat  mengamati  perilaku  model  uji  di dalam  bagian  uji,  untuk  itu  kami  menggunakan  material plastik arycyclic atau coroplast.
Debit volumemetrik aliran udara dalam  bagian uji  dapat dihitung beradasarkan   persamaan debit=  A x V = 0,09 m2 x 15 m/detik =0,135m3/detik.
Dengan  diketahui  debit  volume  metrik  aliran  udara  pada bagian uji maka kita dapat menentukan  kapasitas blower yanr diperlukan untuk menyedot  udara.

## Diffuser
Diffuser  memegang    peran  dalam  pengendalian  aliran udara di dalam bagian uji dengan penghindaran pelepasan aliran/ flow  detachment seperti  dalam  kasus  pelepasan aliran pulse tekanan diteruskan ke depan ke bagan uji yang mengakibatkan  ketidaksergaman  pada  tekanan  dan kecepatan.  Diffuser  menghubungkan  bagian  uji  dengan blower , panjang dari difuser ditentukan oleh oleh diameter inlet dari blower dan sudut kemiringan antara bagian inlet dan outlet dari diffuser .  Untuk  mengurangi  kehilangan tekanan  maka  sudut  kemiringannya  dibatasi  pada =7derajat,  dan  untuk  difuser  kita  maka  kita diambil 3,5 o .

## Analisa Model Terowongan Angin kecepatan rendah
Untuk menentukan dimensi  keseluruhan dari terowongan angin  ini  ,    kita  hitung  panjang  dari  masing  masing komponennya:
Bagian uji:  L  bagian uji: 0,4 m
Panjang Kerucut kontraksi: L kerucut kontraksi :  ( -
1)xW/2TAN(Ɵ/2)=
(
-  1)x30/2TAN(
) = 0.45 m
Pajang Difuser :  Ldif = 0.05/tan (Ɵ/2) = 0.05/tan (3,5 o ) = 0.80 m Panjang Settling chamber = x 0,3 x0.5 = 0,25 m
Panjang total dari terowongan angin ini adalah: 0,4 + 0,45 + 0,8 + 0,25 = 1,9 m Kecepatan di bagian uji dapat diubah dengan meningkatkan, atau menurunkan celah udara ( air gap ) antara bagian diffuser dan bagian intake terowongan angin
(Gbr. 5). Ketika air gap benar-benar tertutup, kecepatan di bagian uji berada pada nilai maksimum, saat calah air gap semakin besar, maka kecepatan di bagian uji berada pada nilai minimum [1].

## 3. Desain dan Kontruksi
Berikut ini adalah desain Wind Tunnel yang telah dibuat:
Gambar 1. Settling Chamber
Gambar 2. Seksi Uji
Gambar 3. Kerucut Kontraksi Gambar 4. Diffuser
Gambar 5. Neraca (Sistem Mekanik) Gambar 6. Blower

## 4. Nilai Edukasi
Adapun aktivitas aktivitas yang dilakukan dengan memilki terowongan angin ini diantaranya adalah:
a. Mengukur kecepatan udara;
b. Membenarkan  adanya  lapaisan  batas  (boundary layer) pada plat rata;
c. Menentukan  karakteristik  lapisan  batas  pada  plat rata;
d. Mencari bukti dari turbelensi dari aliran lapisan batas;
e. Mengukur  distribusi  tekanan  pada  sebuah  selinder bulat pada aliran samping;
f. Menetukan viscous wake di belakang sebuah selinder pada aliran samping;
g. Menentukan  gaya  angkat  ( lift )  dan  tahan  ( drag ) sekitar airfoil ;
h. Pengurangan  tahanan  dengan  memperkenalkan turbulensi pada lapisan batas;
i. menentukan Richardson’s  Annular  Effect dalam
aliran yang melewati sebuah duct .
Berbeda  dengan  komputer  yang  hanya  menyajikan  data kuantitaif,  terowongan  angin  memberikan  visualisasi aliran yang
unik
yang dapat menemukan persoalan-persoalan  yang  krits  yang  pemecahannya  tidak terlihat hanya dengan angka angka.

## 5. Kesimpulan
Dari Low  Speed  Wind  Tunnel yang  telah  dibuat,  maka dapat disimpulkan bahwa :
a. Pengembangan wind  tunnel ini  akan  dilanjutkan beserta evaluasi hasil eksperimen.
b. Kecepatan udara pada uji seksi  16m/detik.
c. Jika  ukuran  penampang  uji  seksi  dibuat  menjadi 20x20 cm kecepatan udara bisa mencapai 30m/s.
d. Settling  chamber  tidak  menggunakan honey  comb , sehingga  kualitas  aliran  udara  masih  kurang  dari yang ditargetkan.
e. Penggunaan  neraca dengan load cell jauh lebih baik dibandingkan pengunaan neraca sistem mekanik.

## Daftar Pustaka
[1] Njock  Libii,  J.  2006. Wind  Tunnel  in  Engineering Education .  Indiana  University-  Purdue  University Fort Wayne, USA.
[2] Njock Libii, J. 2010. Using wind tunnel tests to study pressure distributions around a bluff body: the case of a circular cylinder . World Transactions on Engineering  and  Technology  Education  (WTE  & TE),Vol. 8, No. 3, pp.( 361-367), ISSN 1446-2257.
[3] Pritchard, P. (2011). Fox and McDonald’s Introduction to  Fluid Mechanics(Eighth  edition  ). John  Wiley  & Sons, ISBN-13 9780470547557, ISBN-10 0470547553, New York, NY.