## KAJIAN PENGARUH KONTROL ALIRAN TERHADAP KOEFISIEN HAMBAT MODEL KENDARAAN
Rahmad Hidayat Boli 1 , * Wawan Rauf 2 , Moh. Rifal 3 , Rifaldo Pido 4 & Zulfikar Haris 5 1,2,,3,4,5 Fakultas Teknik, Universitas Gorontalo, Indonesia Alamat email: rh668132@gmail.com, * wawanrauf241193@yahoo.com, rivalr48@gmail.com, rifaldopido813@gmail.com
Abstrak:  Kajian  Pengaruh  Kontrol  Aliran  terhadap  Koefisien  Hambat  Model Kendaraan. Karakteristik  aliran  udara  yang  terbentuk  pada  sekitar  bodi  kendaraan mempengaruhi nilai hambatan yang bekerja pada kendaraan tersebut. Saat mencapai tepi belakang  kendaraan, aliran  mengalami  proses  separasi.  Sehingga modifikasi  desian  bodi kendaraan yang mampu mengurangi separasi sangat dibutuhkan. Rekayasa aliran disekitar bodi  kendaraan  dapat  diperoleh  melalui  modifikasi  bentuk  yang  dianggap  lebih aerodinamis.  Sementara  itu,  rekayasa  aliran  juga  dapat  diperoleh  melalui  penerapan sistem  kontrol  aktif  pada  area  yang  dianggap  berpotensi  sebagai  awal  terbentuknya pusaran  aliran  pada  sisi  belakang  kendaraan  dan  memberikan  pengaruh  yang  besar terhadap  terbentuknya  separasi  aliran.  Riset  ini  bertujuan  mengkaji  dampak  penerapan kontrol  aliran  teknik  blowing  terhadap  hambatan  kendaraan  yang  dimodelkan.  Sudut geometri dinding bagian depan ditentukan 35°. Riset menggunakan pendekatan komputasi numerik  dengan  k-epsilon  standar  sebagai  model  turbulensi. Upstream  velocity yang diterapkan  sebesar  13.9  m/s,  sementara  itu blowing  velocity ditetapkan  sebesar  0.5  m/s. Hasil  riset  membuktikan  bahwa  pengaplikasian  kontrol  aliran  blowing  berhasil meminimalisasi  pembentukan  struktur wake dan memberi  efek  penundaan  separasi  serta berhasil mengurangi koefisien hambat aerodinamika 9.3187%.
Kata kunci: Separasi; tiupan; karakteristik aliran; koefisien hambat
Abstract:  Study  of  the  Effect  of  Flow  Control  on  the  Drag  Coefficient  of  Vehicle Models. The characteristics of the airflow that is formed around the vehicle body affects the  value  of  the  resistance  acting  on  the  vehicle.  When  it  reaches  the  rear  edge  of  the vehicle, the flow undergoes a process of separation. So modification of the vehicle body design that is able to reduce the separation is urgently needed. Flow  engineering around the  vehicle  body  can  be  obtained  by  modifying  the  shape  which  is  considered  more aerodynamic. Meanwhile, flow engineering can also be  obtained through the application of  an  active  control  system  in  areas  that  are  considered  to  have  the  potential  to  initiate flow eddies on the rear side of the vehicle and have a major influence on the formation of flow  separation.  This  research  aims  to  examine  the  impact  of  the  application  of  flow control blowing technique on the resistance of the modeled vehicle. The geometric angle of  the  front  wall  is  determined  to  be  35°.  The  research  uses  a  numerical  computational approach with a standard k-epsilon as a turbulence model. The upstream velocity applied is  13.9 m/s,  while  the  blowing  velocity  is  set  at  0.5  m/s.  The research results  prove  that the  application  of  blowing  flow  control  has  succeeded  in  minimizing  the  formation  of wake  structures and has  the  effect  of  delaying  separation  and has  succeeded  in reducing the aerodynamic drag coefficient to 9.3187%.
Keyword: Separation; blowing; flow characteristics; drag coefficient
History &License of Article Publication: Received: 06/02/2023 Revision: 04/04/2023 Published: 20/06/2023
DOI: https://doi.org/10.37971/radial.vXXiXX.XXX
Vol. 11 No. 1, Juni 2023, Hal. 140-
Available at https://stitek-binataruna.e-journal.id/radial/index ISSN: 2337-4101 Published by Universitas Bina Taruna Gorontalo E-ISSN: 2686-553X

## PENDAHULUAN
Adanya  separasi  disekitar  bodi  kendaraan  menciptakan  fenomena wake yang menyebabkan timbulnya tekanan rendah pada dinding bagian belakang dan hambatan yang merugikan.  Semakin  besar  laju  separasi  terbentuk,  maka  area wake yang  muncul  juga semakin  besar  dan  sekaligus  menjadi  sebab  utama terciptanya  hambatan  yang  besar  pada kendaraan. Fenomena munculnya wake pada sisi belakang kendaraan menjadi bahan kajian yang  cukup  menarik  untuk  dipecahkan  khususnya  oleh  ilmuan  pada  bidang  keahlian dinamika fluida (Elsayed et al., 2021; Jahanmiri & Abbaspour, 2011; Mariaprakasam et al., 2023;  Nizam  Sudin  et  al.,  2014).  Dalam  kajian  dinamika  fluida,  pendekatan  yang  dapat dilakukan  untuk  meminimalisir  aliran wake adalah  modifikasi  aliran,  menunda  separasi serta mengurangi pembentukan area resirkulasi pada sisi  belakang kendaraan. Pendekatan tersebut dapat ditempuh dengan  menerapkan sistem kendali aliran aktif pada area potensi terjadi resirkulasi (Rauf et al., 2020).  Riset terkait fenomena tersebut terus dikembangkan baik  secara  komputasi  numerik  maupun  dengan  pendekatan  eksperimental  laboratorium dinamika  fluida  (Tarakka,  Salam,  Jalaluddin,  et  al.,  2021).  Dalam  berbagai  riset memperlihatkan  bahwa  reduksi  hambatan  yang  diperoleh  akibat  peningkatan  tekanan dinding  belakang  dapat  dilakukan  melalui  penerapan  sistem  kendali  aktif  aliran  teknik tiupan (blowing) (Tarakka et al., 2023) .
Tarakka dkk meneliti terkait pengaruh pengaplikasian blowing keceptan 1.0 m/s pada sisi  belakang  model  kendaraan.  Sudut  geometri  depan  ditentukan  sebesar  35°  dan kecepatan upstream 13.9 m/s. Riset tersebut menggunakan pendekatan komputasi numerik memanfaatkan  fasilitas  software  CFD  6.3.  Tujuan  penelitian  untuk  mengetahui  pengaruh penerapan  blowing  terhadap  pembentukan wake ,  distribusi  tekanan,  dan  hambatan aerodinamika.  Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  pengaplikasian  blowing  mampu mengurangi wake ,  menunda  proses  separasi,  dan  meningkatkan  koefisien  tekanan. Penerapn blowing juga berhasil mengurangi hambatan 9.583% (Tarakka et al., 2022).
Penelitian  terkait reverse  Ahmed model  yang  memiliki  variasi  kemiringan  sudut geometri  depan  25°,  30°,  dan  35°  diteliti  oleh  Tarakka  dkk.  Penelitian  menggunakan metode  komputasi  numerik  dengan  k-epsilon  standar  sebagai  model  turbulensi  yang diterapkan.  Kecepatan  upstream  yang  diterapkan  sebesar  11.1  m/s  dan  kecepatan  suction sebesar 0.5 m/s. Hasil pengujian memperlihatkan bahwa geometri depan dan kontrol aktif hisapan  memberikan  dampak  signifikan  pada  nilai  koefisien  tekanan,  dimana  nilai kenaikan  koefisien  tekanan  tertinggi  diperoleh  pada  model  dengan  sudut  geometri  depan 35° sebesar 25.31% (Tarakka & Syamsul Arifin, n.d.).
Rauf  dkk  melakukan  kajian  secara  eksperimental  dan  komputasi  dampak  penerapan kontrol  aktif  terhadap  aerodinamika  kendaraan  yang  dimodelkan.  Kontrol  aktif  yang digunakan  berupa  teknik  tiupan  yang  diatur  pada  kecepatan  1.5  m/s.  Riset  difokuskan terhadap tiga aspek utama yaitu dinamika aliran, tekanan dinding belakang, dan hambatan pada  model.  Khusus  aspek  dinamika  aliran  dan  tekanan  dinding  belakang  hanya  diuji melalui  pendekatan  komputasi,  sedangkan  hambatan  divalidasi  dengan  pengujian eksperimental laboratorium dinamika fluida. Hasil riset memperlihatkan penerapan kontrol aktif  teknik  tiupan  berhasil  menunda  separasi,  memberikan  dampak  peningkatan  tekanan dinding  belakang  dan  pengurangan  hambatan  kendaraan  yang  dimodelkan  (Rauf  et  al., n.d.).

## METODE
Dalam riset ini, benda uji  yang digunakan  merupakan reverse ahmed  model dengan sudut  kemiringan  geometri  depan  ditentukan  35°.  Reverse  ahmed  model  memiliki perbandingan geometri 1:6 dibandingkan dengan ahmed model aslinya. Sehingga benda uji tersebut memiliki ukuran panjang 174 mm, tinggi 48 mm, dan lebar 64.83 mm. Penentuan desain  reverse  Ahmed  model  didasarkan  pada  bentuk  yang  sederhana  namun  memiliki kemiripan dengan bentuk bodi kendaraan pada umumnya guna memastikan tingkat akurasi dalam  simulasi  dinamika  aliran  disekitar  kendaraan  dapat  tercapai.  Model  simulasi ditampilkan pada gambar 1.
Sumber: Desain gambar benda uji

## Gambar 1. Benda uji
Metode komputasi dalam riset ini memanfaatkan software CFD Fluent 6.3.2 dengan k-epsilon  standar  sebagai  model  turbulensi  yang  diterapkan.  Metode  ini  digunakan  untuk menganalisa dampak variasi sudut kemiringan geometri depan dan penerapan kontrol aktif blowing  terhadap  pola  dinamika  aliran  disekitar  bodi  kendaraan  yang  dimodelkan.  Pada tahap  awal,  geometri  model  didefinisikan  kedalam  domain  simulasi  dan  melalui  proses mesh menggunakan software gambit. Domain simulasi dan hasil mesh ditampilkan  secara berurutan pada gambar 2.
a. Domain simulasi b. Hasil mesh Sumber: Desain gambar
Gambar 2. Domain simulasi dan hasil mesh

## HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Aliran
Hasil  dan  pembahasan  difokuskan  untuk  menguraikan  data  karakteristik  aliran  dan hambatan  yang  bekerja  terhadap  model  kendaraan.  Gambar  3(a)  memperlihatkan  struktur olakan  cenderung besar pada sisi  belakang  model uji tanpa kontrol blowing. Olakan  yang cenderung  besar  tersebut  disebabkan  oleh  terjadinya  pemisahan  (separasi)  aliran  pada ujung dinding belakang kendaraan sehingga menyebabkan fenomena tarikan aerodinamika (Tarakka,  Salam,  Rauf,  et  al.,  2021).  Tarikan  ini  menjadi  kontributor  terbesar  atas hambatan  aerodinamika  yang  diterima  oleh  kendaraan.  Besar  intesitas  olakan  ini  pun menandakan besarnya tekanan balik pada dinding belakang kendaraan. Semesntara itu juga terlihat pembentukan longitudinal vortex yang diakibatkan oleh perlambatan struktur aliran sisi  tengah  bagian  belakang  yang  otomatis  menjadikan  aliran  terdorong  bergerak  ke  area samping kendaraan.
Gambar  3(b)  menunjukan  proses  pembentukan  struktur  olakan  yang  lebih  kecil dengan  pengaplikasian  kontrol  blowing  pada  kecepatan  0.5  m/s  dibandingkan  model kendaraan  tanpa  kontrol  blowing.  Terciptanya  penundaan  separasi,  dimana  prosesnya cenderung  jauh  dari  dinding  belakang  kendaraan  sehingga  terjadi  minimalisasi  fenomena tarikan  aerodinamika  dan  mengurangi  intensitas  tekanan  balik  serta  menyebabkan pembentukan  struktur olakan  yang  lebih  kecil.  Demikian  halnya  juga  terkait longitudinal vortex yang  mengalami  pengurangan  signifikan  akibat  penerapan  kontrol  blowing.  Hasil yang ditunjukan dalam penelitian ini selaras dengan hasil yang diperoleh peneliti terdahulu (Tarakka et  al., 2023), dimana pengaplikasian kontrol blowing di sisi  belakang kendaraan memberikan  efek  pengurangan  pembentukan  olakan.  Sementara  berdasarkan  penelitian Hetawal  dkk  menginformasikan  bahwa  berkurangnya  olakan  berdampak  cukup  baik terhadap performa kendaraan secara menyeluruh (Hetawal et al., 2014).
a. Tanpa blowing
b. Dengan blowing Sumber: Hasil simulasi
Gambar 3. Karakteristik separasi dan olakan

## Hambatan Model Kendaraan
Koefisien  hambat  model  kendaraan  pada  kecepatan upstream 13.9  m/s  dan  kecepatan blowing 0.5 m/s ditampilkan pada tabel 1. Tabel tersebut menunjukan bahwa untuk model tanpa kontrol blowing, nilai koefisien hambatan (Cd) diperoleh sebesar 1.8733. Sementara itu untuk model dengan penerapan kontrol blowing pada kecepatan 0.5 m/s diperoleh nilai koefisien hambat sebesar 1.6987. Dengan demikian terjadi pengurangan koefisien hambat model  tanpa  kontrol  aktif  blowing  dibandingkan  dengan  model  dengan  pengaplikasian kontrol  aktif  blowing  sebesar  9.3187%.  Hasil  riset  ini  terkonfirmasi  atas  penelitian  yang dilakukan  oleh  Tarakka  dkk  yang  menunjukan  fakta  bahwa  pengaplikasian  kontrol  aliran blowing berhasil mereduksi koefisien hambat model kendaraan (Tarakka et al., 2022).
Tabel 1. Perbandingan koefisien hambat, Cd Model Koefisien hambat (Cd) Tanpa blowing 1.8733 Dengan blowing 0.5 m/s 1.6987 Reduksi drag 9.3187

## Sumber: Hasil pengolahan data

## KESIMPULAN
Melalui  hasil  riset  ini  dapat  ditarik  kesimpulan  terkait  pengaplikasian  kontrol  aliran blowing pada sisi ujung belakang model uji kendaraan yang diatur pada kecepatan 0.5 m/s dan  dijalankan  pada  kecepatan  upstream  13.9  m/s  (50  km/jam)  dengan  besar  sudut geometri  muka (slant angel) 35° mampu  meminimalisasi pembentukan struktur wake dan memberi  efek penundaan separasi dibandingkan  model tanpa kontrol aliran  blowing  serta berhasil mengurangi koefisien hambat aerodinamika 9.3187%.

## DAFTAR PUSTAKA
Elsayed, O., Omar, A., Jeddi, A., Elhessni, S., & Hachimy, F. Z. (2021). Drag Reduction by  Application  of  Different  Shape  Designs  in  a  Sport  Utility  Vehicle. International Journal  of  Automotive  and  Mechanical  Engineering , 18 (3),  8870–8881. https://doi.org/10.15282/ijame.18.3.2021.03.0680
Hetawal, S., Gophane, M., Ajay, B. K., & Mukkamala, Y. (2014). Aerodynamic study of formula SAE car. Procedia Engineering , 97 , 1198–1207. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.398
Jahanmiri, M., & Abbaspour, M. (2011). Experimental  investigation of drag reduction on Ahmed car model using a combination of active  flow control  methods. International Journal of Engineering, Transactions A: Basics , 24 (4), 403–410. https://doi.org/10.5829/idosi.ije.2011.24.04a.09
Mariaprakasam,  R. D. R., Mat, S., Samin, P. M., Othman, N., Wahid, M. A., & Said, M. (2023). Review on Flow Controls for Vehicles Aerodynamic Drag Reduction. Journal of  Advanced  Research  in  Fluid  Mechanics  and  Thermal  Sciences , 101 (1),  11–36. https://doi.org/10.37934/arfmts.101.1.1136
Nizam Sudin, M., Azman Abdullah, M., Anuar Shamsuddin, S., Redza Ramli, F., & Mohd Tahir,  M.  (2014).  Review  of  Research  on  Vehicles  Aerodynamic  Drag  Reduction
Methods.  In International  Journal  of  Mechanical  &  Mechatronics  Engineering IJMME-IJENS .
Rauf, W., Rifal, M., & Boli, R. H. (n.d.).  Kajian Komputasi Dan Eksperimental Pengaruh Kontrol Aktif Terhadap Hambatan Aerodinamika Model Kendaraan. https://doi.org/10.37971/radial..v10i1.268
Rauf,  W.,  Tarakka,  R.,  Jalaluddin,  J.,  &  Ihsan,  M.  (2020).  Effect  of  Flow  Separation Control  with  Suction  Velocity  Variation:  Study  of  Flow  Characteristics,  Pressure Coefficient,  and  Drag  Coefficient. Universal  Journal  of  Mechanical  Engineering , 8 (3), 142–151. https://doi.org/10.13189/ujme.2020.080302
Tarakka,  R.,  Salam,  N.,  Jalaluddin,  Rauf,  W.,  &  Ihsan,  M.  (2021).  Aerodynamic  drag reduction  on  the  application  of  suction  flow  control  on  vehicle  model  with  varied upstream  velocity. IOP  Conference  Series:  Materials  Science  and  Engineering , 1173 (1), 012045. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1173/1/012045
Tarakka, R., Salam, N., Mochtar, A. A., Ihsan, M., & Rauf, W. (2022). Kajian Komputasi Pengaruh  Penerapan  Blowing  pada  Bagian  Belakang  Model  Kendaraan. Semesta Teknika , 25 (1), 33–39. https://doi.org/10.18196/st.v25i1.13478
Tarakka,  R.,  Salam,  N.,  Mochtar,  A.  A.,  Rauf,  W.,  &  Ihsan,  M.  (2023).  On  the Aerodynamics  of  Rear  of  Vehicle  Model  with  Active  Control  by  Blowing: Computational  and  Experimental  Analysis. International  Journal  of  Mechanical Engineering  and  Robotics  Research ,  84–90.  https://doi.org/10.18178/ijmerr.12.2.84- 90
Tarakka,  R.,  Salam,  N.,  Rauf,  W.,  &  Ihsan,  M.  (2021). METAL:  Jurnal  Sistem  Mekanik dan  Termal  Kajian  Aerodinamika  Pada  Model  Kendaraan  dengan  Penerapan Kontrol Aktif Suction (Vol. 5, Issue 1).
Tarakka, R., & Syamsul Arifin, A. P. (n.d.). Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Analisis Komputasi Pengaruh Geometri Muka dan Kontrol Aktif Suction Terhadap Koefisien Tekanan Pada Model Kendaraan .