2016 : Studi Eksperimental dan Numerik Karakteristik Aliran Turbulen Melintasi Saluran Udara berpenampang Bujursangkar (square duct) dengan penambahan Elbow 900 dan Volume Damper

Prof. Ir. Sutardi M.Eng., PhD.
Wawan Aries Widodo ST., MT.

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Saluran udara (ducting system) adalah salah satu komponen penting dalam bangunan tinggi non-residensial, seperti hotel, supermarket, gedung perkantoran, dan lain-lain, yang menggunakan ventilasi udara yang meggunakan sistem pengkondisian udara. Komponen utama dari saluran udara seperti straight duct, fitting (tee, sudden enlargement, sudden contraction, elbow 900), volume damper, dan sebagainya, apabila dipasang menjadi sebuah sistem yang mensirkulasikan udara akan menimbulkan pressure loss. Pressure loss tersebut merupakan kontribusi dari gesekan (friction loss) antara udara dengan dinding saluran yang menyebabkan wall shear stress, maupun aliran sekunder atau aliran bersirkulasi pada posisi tertentu akibat separasi aliran (separation loss), ketika berinteraksi dengan fitting atau volume damper. Desain saluran udara harus meminimalkan pressure loss atau kehilangan tekanan selama udara bersirkulasi dalam ruangan bangunan tersebut. Kebutuhan energi untuk mengalirkan udara yang bersirkulasi tersebut sangat dipengaruhi oleh besarnya debit aliran udara dan pressure loss tersebut. Desain yang optimal pada saluran udara diharapkan mampu mereduksi konsumsi energi selama udara bersirkulasi dalam bangunan gedung tersebut.\nUntuk memahami perilaku atau karakteristik aliran pada saluran udara tersebut, maka dilakukan penelitian secara eksperimental dan numerik pada labratorium mekanika dan mesin-mesin fluida. Penelitian secara eksperimental dilakukan dengan membangun model benda uji yang berpenampang bujur sangkar (square duct), yang tersusun atas komponen honey comb, straight duct, elbow 900, volume damper, dan induced draft fan. Variasi kecepatan inlet dilakukan dengan mengontrol putaran fan, berturut-turut yaitu 5, 6, 7, 8, 9, 10, dan 11 m/detik, dengan diameter hidrolis saluran udara (Dh) sebesar 125 mm atau dintakan dengan bilangan Reynolds berbasis diameter hidrolis (ReDh) pada rentang 4,3x104< ReDh<105, dimana pada rentang bilangan Reynolds tersebut adalah aliran berada pada regime aliran turbulen. Sepanjang saluran udara ditempatkan pressure tap untuk mengukur tekanan statis yang digunakan untuk mendapatkan pressure loss pada sisi inlet dan outlet saluran udara dengan variasi kecepatan inlet sebagaimana tersebut diatas. Pada downstream volume damper diukur tekanan dinamik dan fluktuasi kecepatan, yang akan diukur pada kecepatan inlet sebesar 10 m/detik atau pada ReDh=8,6x104. Adapum penelitian secara numerik dengan menggunakan perangkat lunak CFD komersial, yang mensimulasikan geometri benda uji saluran udara sebagaimana susunan pada kajian eksperimental atau dengan geometri tiga dimensi. Simulasi numerik akan dilakukan dengan aliiran tunak (steady flow) dengan turbulence viscous k-epsilon realizable (RKE) pada bilangan Reynolds (ReDh) = 8,6x104. Variasi yang dilakukan baik pada studi eksperimental maupun numerik adalah dengan memvariasikan sudut bukaan volume damper (a) berturut-turut sudut 00 (fully open), 100, 200, dan 300.\nHasil dari studi eksperimental dan numerik tersebut diharapkan dapat memperoleh data kuantitatif (studi eksperimental) dan kualitatif (studi numerik) yang dapat menjelaskan karakteristik aliran sepanjang saluran udara tersebut. Data kuantitatif berupa distribusi pressure loss sisi inlet dan outlet, profil kecepatan dan intensitas turbulensi, akan didukung dengan visualisasi aliran dari simulasi numerik yang berupa vector kecepatan, pathline, dan kontur kecepatan dan tekanan pada beberapa lokasi saluran udara tersebut.\n