Pengaruh Angin Pada Papan Reklame

PENGARUH ANGIN PADA PAPAN REKLAME SIMULASI CFD DENGAN EFDLabs/COSMOSFloWorks Dicky J. Silitonga

Abstrak Keberadaan papan reklame dapat menjadi berbahaya apabila perancangan strukturnya tidak cukup kuat, dan telah banyak kasus papan reklame yang roboh. Robohnya papan reklame seringkali akibat dari angin kencang. Dari simulasi dengan CFD, diperoleh bahwa angin dengan kecepatan yang tinggi memang akan memberikan gaya drag yang besar pada papan. Selain itu, angin juga memberikan beban dinamik pada struktur karena fluktuasi dari gaya-gaya yang bekerja. Pembebanan-pembebanan inilah yang akhirnya dapat menyebabkan kegagalan pada struktur.

BAB I PENDAHULUAN I.1 LATAR BELAKANG Papan reklame (billboard) merupakan salah satu media periklanan yang banyak digunakan. Papan reklame terpasang di daerah yang ramai dan mudah terlihat masyarakat. Lokasi-lokasi pemasangan papan reklame ini antara lain adalah di pinggir jalan, atau di pusat-pusat perbelanjaan dan tempat-tempat keramaian lainnya. Kondisi tempat pemasangan papan reklame ini menuntut desain struktur papan reklame yang aman karena kegagalan yang terjadi akan mengakibatkan gangguan atau musibah bagi yang ada di sekitarnya. Misalnya apabila papan reklame di pinggir jalan roboh, apabila ukurannya cukup besar maka dapat saja menimpa kendaraan yang sedang melintas, hal ini akan menimbulkan kerugian material atau bahkan korban jiwa. Telah banyak kejadian tentang robohnya papan reklame, dan banyak diantaranya yang terjadi di pinggir jalan yang ramai. Ini tentu menghambat arus lalu lintas di tempat itu, baik karena jalan yang terhalang ataupun karena pengendara yang melambat untuk melihat kejadian itu. Selain itu, kejadian ini juga sangat membahayakan keselamatan pengguna jalan.

Gambar 1.1 Contoh papan reklame yang roboh

I.2 DESKRIPSI PERMASALAHAN Tujuan dari penulisan tugas besar ini adalah untuk mengetahui pengaruh dari angin pada papan reklame. Pengaruh angin yang dimaksud adalah dalam hal pembebanan pada struktur papan reklame, yang meliputi beban statik dan beban dinamik.

Dengan hasil yang diperoleh dari simulasi dan analisanya, diharapkan tulisan ini dapat memberikan gambaran tentang karakteristik aerodinamika dari papan reklame yang mana akan mempengaruhi pembebanan-pembebanan angin pada struktur papan reklame tersebut.

I.3 PEMBATASAN MASALAH Untuk lebih fokus pada masalah yang akan dibahas, maka pambahasan pada tulisan ini akan dibatasi sebagai berikut: 1. Geometri papan reklame adalah yang berbentuk persegi panjang dengan satu buah tiang silinder yang menopang di bagian tengah. 2. Papan reklame terletak di dataran yang rata dan luas. 3. Aliran udara freestream adalah pada kecepatan subsonik yang wajar sesuai dengan kenyataan pada aplikasinya dan kecepatan dianggap konstan dalam selang waktu analisis.

I.4 METODOLOGI Metode yang dilakukan dalam tulisan ini adalah dengan simulasi CFD dan studi pustaka. Simulasi dilakukan pada model CAD papan reklame dengan menggunakan software EFD Lab. Studi pustaka dilakukan sebagai pembanding untuk validasi maupun verifikasi data hasil simulasi CFD.

BAB II DASAR TEORI II.1 ALIRAN UDARA MELEWATI BLUFF BODY Dari geometrinya, bentuk papan reklame pada umumnya termasuk dalam bentuk yang disebut sebagai bluff body, berbeda halnya dengan streamlined body seperti misalnya bentuk airfoil. Pada bluff body ini, fitur aliran yang penting diantaranya adalah drag yang relatif besar dengan didominasi oleh pressure/form drag, dan terjadinya separasi aliran serta vortex shedding. II.1.1 Gaya-gaya Aerodinamika Pressure drag yang besar pada bluff body ini disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan pada bagian benda upstream (hulu) aliran dengan pada bagian downstream (hilir) aliran. Ini adalah akibat dari terjadinya fenomena separasi pada aliran viskos yang menyebabkan aliran tersebut tidak menghasilkan titik stagnasi di bagian hilir aliran, melainkan menghasilkan wake yang dengan demikian membuat tekanan di bagian hilir menjadi lebih negatif daripada di bagian hulu. Separasi terjadi karena adanya gradien tekanan yang mempengaruhi boundary layer. Ketika energi kinetik pada boundary layer telah habis oleh karena viskositas fluida sehingga tidak mampu mengatasi gradien tekanan maka di titik itu fluida “terlepas” dari dinding, tidak mampu mengikuti bentuk permukaan bendanya, titik itu disebut separation point.

Gambar 2.1 Fenomena separasi aliran pada silinder (Shevell, Fundamentals of Flight)

Drag aerodinamika dari suatu benda dalam suatu aliran udara merupakan fungsi dari kecepatan alirannya (freestream). Koefisien drag adalah bilangan tak berdimensi yang merupakan karakteristik drag suatu bentuk tertentu pada suatu kecepatan aliran.

=

(2.1)

Dimana, D

= gaya drag (N)



 massa jenis fluida (kg/m3)

v

= kecepatan fluida (m/s)

cd

= koefisien drag

S

= luas penampang (m2) Selain drag terdapat juga gaya aerodinamika pada benda yang arahnya tegak lurus terhadap

aliran, umumnya gaya ini disebut lift. Besarnya gaya ini diberikan oleh:

=

(2.2)

dimana, L

= gaya lift (N)

cl

= koefisien lift Gaya-gaya ini akan menyebabkan beban pada struktur, baik secara statik maupun dinamik.

II.1.2 Vortex Shedding Pada saat mengalami separasi, aliran akan terlepas dari dinding dan membentuk vortex yang kemudian vortex itu juga dapat terlepas (shedding) terbawa aliran. Mekanisme shedding ini dapat terjadi secara bergantian dan periodik, tergantung pada Reynolds number regime-nya. Vortex shedding ini disebabkan karena dua vortex di sisi wake yang berseberangan saling mempengaruhi. Gambar 2.2 membantu menjelaskan mekanisme vortex shedding, dimana terdapat pasangan vortex A dan B dimana vortex A tumbuh lebih dulu dan makin besar sehingga mampu menarik

vortex B, karena vorticity A dan B berlawanan tanda, maka pada suatu saat vorticity dari B memotong suplai vorticity A dan mengakibatkan vortex A shedding. Setelah A shedding di belakangnya terbentuk lagi vortex C, yang kemudian karena vortex B sudah lebih besar maka tertarik ke arah B dan hal yang sama pada vortex A sebelumnya terjadi pada vortex B, demikian selanjutnya mekanisme tersebut berulang. (forum ccitonline.com, 19 April 2009)

Gambar 2.2 Mekanisme vortex shedding Vortex shedding ini juga menghasilkan suatu fluktuasi pada gaya-gaya yang bekerja pada benda. Gaya-gaya tersebut akan berfluktuasi pada frekuensi shedding tersebut. Karakteristik frekuensi dari suatu geometri dapat direpresentasikan dengan bilangan tak berdimensi Strouhal number, St, yang nilainya juga tergantung pada Reynolds number. Nilai Struohal number ini diberikan oleh:

= dimana, St = Strouhal number f = frekuensi (Hz) D = panjang karakteristik (m) v = kecepatan fluida (m/s)

(2.3)

II.2 PEMBEBANAN ANGIN PADA STRUKTUR Struktur suatu bangunan terdapat di dalam boundary layer atmosfer bumi, yang dipengaruhi oleh bentuk topografi permukaan bumi, yaitu kekasaran dan profil permukaan. Ini menyebabkan variasi kecepatan angin terhadap ketinggian (z). Variasi vertikal kecepatan ratarata angin direpresentasikan oleh persamaan berikut: ( )= Dengan

(2.4)

adalah kecepatan referensi, zref adalah ketinggian referensi, dan  adalah konstanta

yang besarnya tergantung pada kekasaran permukaan bumi. Selain kecepatan rata-rata yang bervariasi secara spatial tersebut, terdapat juga kecepatan yang berfluktuasi secara temporal, u(z,t), dan ini kemudian menghasilkan tekanan-tekanan yang bervariasi pada struktur. Interaksi angin dengan struktur ini menghasilkan tiga komponen respon struktur, yaitu komponen alongwind, acrosswind, dan komponen torsional seperti diilustrasikan pada Gambar 2.3 dibawah ini.

Gambar 2.3 Interaksi angin terhadap struktur (Ref. 6)

Komponen alongwind (drag) dapat menyebabkan fluktuasi tekanan yang menghasilkan gaya dan goyangan (sway) searah aliran. Komponen acrosswind (”lift”) menyebabkan swaying yang tegak lurus terhadap aliran angin yang dihasilkan oleh fluktuasi tekanan di sisi-sisinya sebagai akibat

dari fluktuasi separasi dan vortex shedding. Komponen torsional disebabkan oleh ketidakseimbangan distribusi tekanan.

II.3 PENGARUH ANGIN PADA PAPAN REKLAME Kegagalan yang terjadi pada struktur papan reklame, sehingga dapat mengakibatkan robohnya papan reklame umumnya adalah karena angin yang berhembus dengan kencang menerpa papan reklame tersebut. Angin ini menimbulkan beban pada struktur papan reklame, baik beban statik maupun beban dinamik. Menurut standar konstruksinya*, papan reklame harus mampu menahan kekuatan angin minimal 75 km/jam. Beban statik yang besar dapat menimbulkan tegangan-tegangan pada material sampai pada allowable stress-nya dan apabila tegangan yang diijinkan ini terlampaui maka material struktur akan gagal karena yielding. Mode kegagalan yang lainnya, dan yang sepertinya kemungkinan besar merupakan penyebab kegagalan struktur papan reklame pada umumnya, adalah beban dinamik oleh gaya-gaya yang berfluktuasi yang disebabkan oleh aliran udara (angin). Beban dinamik ini akan menyebabkan kegagalan karena fatigue. Lebih jauh, frekuensi dari fluktuasi pembebanan ini dapat mengakibatkan resonansi yang kemudian menimbulkan strain-strain yang berlebih dan tentunya ini akan membuat potensi kegagalan semakin besar. Pada tulisan ini, parameter-parameter yang akan dianalisa adalah drag dan frekuensi dari fluktuasi pembebanan pada papan reklame. Untuk analisa beban dinamik ini, digunakan juga parameter gaya yang berarah tegak lurus terhadap aliran (acrosswind) atau “lift”, dengan demikian perhitungan frekuensi fluktuasi nantinya akan didasarkan pada drag dan lift ini. Hasil akhir dari simulasi yang dilakukan adalah drag yang akan direpresentasikan oleh koefisien drag serta frekuensi akan direpresentasikan oleh Strouhal number. Kedua parameter tak-berdimensi ini, yaitu koefisien drag dan Strouhal number, kemudian akan diplot terhadap Reynolds number. Dengan demikian, dapat diketahui karakteristik papan reklame pada suatu Reynolds number regime.

BAB III PEMODELAN

III.1 MODEL GEOMETRI Pada simulasi ini, skenarionya adalah papan reklame berada di tengah separator suatu jalan raya. Penyederhanaan dilakukan dengan hanya menyertakan bagian-bagian utama dari jalan raya tersebut dan papan reklamenya, tanpa menyertakan objek lain seperti orang, mobil, dan sebagainya. Adalah penting untuk membuat tanah tempat dimana papan reklame ini diletakkan dan kontur permukaannya, karena ini akan mempengaruhi pola aliran udara di tempat itu, terutama dalam pengaruhnya terhadap pembentukan boundary layer. Simulasi akan dilakukan dengan angin bergerak dalam arah sumbu x-positif. Model yang disimulasikan adalah seperti pada Gambar 3.1:

Gambar 3.1 Tampak isometric model yang disimulasikan Dimensi dari model yang akan disimulasikan adalah sebagaimana pada Gambar 3.2 dan 3.3. Pemilihan panjang dan lebar jalan yang dimodelkan adalah berdasarkan computational domain yang dibutuhkan untuk model papan reklame tanpa tanah.

Gambar 3.2 Tampak depan

Gambar 3.3 Tampak samping

III.2 PROSEDUR SIMULASI Mengingat aliran yang terjadi pada kondisi nyata aplikasi papan reklame bukanlah suatu aliran steady, maka untuk simulasi CFD kasus ini dilakukan analisis time dependent. Selang waktu yang digunakan untuk analisis adalah selama 30 detik, dengan time step 0,5 detik. Pemilihan selang waktu 30 detik ini adalah untuk memperoleh karakteristik yang aliran yang sudah tidak berubah lagi. III.2.1 Parameter-parameter Aliran Simulasi akan dilakukan pada 6 Reynolds number. Sebagai variabel digunakan kecepatan angin,

karena

lebih

praktis

untuk

memvariasikan

kecepatan

dibandingkan

dengan

memvariasikan geometri dalam rangka memperoleh Reynolds number yang berbeda karena

untuk variasi geometri berarti harus membuat model lagi dengan geometri yang berbeda dan tentunya akan memakan lebih banyak waktu. Kecepatan angin yang akan digunakan untuk simulasi ini adalah 0,001 m/s; 1 m/s; 10 m/s; 20 m/s; dan 30 m/s. Pemilihan besarnya kecepatan angin ini didasarkan pada kecepatan angin yang wajar terjadi pada aplikasi nyatanya, serta tidak diambil nilai yang terlalu rendah karena akan menjadi agak tidak berguna hasilnya disebabkan kecepatan angin terlalu rendah tentu saja menimbulkan efek yang kurang berarti. Nilai Reynolds number yang bersesuaian dengan kecepatan-kecepatan itu kemudian diperoleh dari,

=

(3.1)

dimana, = massa jenis udara (1.2 kg/m3) = kecepatan freestream (m/s) L = panjang karakteristik (m), berdasarkan lebar dari papan reklame.  = viskositas dinamik udara (1.8 x 10-5 Ns/m2) (data dari Blevins, Applied Fluid Dynamics Handbook)

Dengan kecepatan-kecepatan tersebut, didapatkan Re yang akan digunakan adalah 105, 1 x 105, 106, 2 x 106, 4 x 106, dan 6 x 106.

III.2.2 Computational Domain & Meshing Secara default EFD Lab membuatkan computational domain untuk model dan aliran yang akan dianalisis. Namun demikian, penulis melakukan perubahan terhadap setting default itu untuk memperoleh hasil yang lebih akurat dengan tetap efisien. Computational domain default diperpanjang ke arah downstream, batas bawahnya disesuaikan tepat pada permukaan tanah, serta batas atas diset lebih tinggi, untuk memperoleh daerah yang sudah tidak terganggu alirannya (freestream).

Analisis akan dilakukan dengan tiga jenis computational domain, yaitu analisis 3 dimensi, analisis 2 dimensi pada bidang xz, dan analisis 2 dimensi pada bidang xy.

Gambar 3.4 Computational domain Ketiga computational domain ini dimaksudkan agar dapat melakukan simulasi untuk keseluruhan model, serta simulasi pada bagian papan dimana papan ini merupakan bagian terbesar yang menerima beban angin. Untuk perhitungan Strouhal number nantinya juga akan mengacu pada fluktuasi gaya-gaya pada papan. Analisa 3 dimensi bertujuan untuk memperoleh parameter aliran pada keseluruhan papan reklame. Sebagaimana diketahui sebuah papan reklame umumnya terdiri dari dua buah geometri utama yaitu plat datar (bagian papan) dan silinder (tiang). Masing-masing geometri ini mempunyai karakteristik tersendiri yang sudah banyak dilakukan penelitiannya, namun apabila digabungkan sebagai sebuah papan reklame tentunya hasilnya akan berbeda dengan karakteristik masing-masing. Analisa pada bidang xz (tegak lurus tanah) tujuannya adalah untuk mengetahui besarnya gaya drag/alongwind pada bagian papannya sendiri, karena bagian papan ini merupakan bagian dengan area paling besar dan dengan demikian pada bagian ini beban angin paling dominan bekerja dibandingkan beban angin pada tiang penyangga. Beban yang dominan pada bagian papan ini juga berarti bahwa ini akan menimbulkan momen yang besar pada tiang penyangga. Oleh karena itu, penulis merasa perlu untuk meninjau secara terpisah bagian papan ini. Analisa pada bidang xy (sejajar tanah) dimaksudkan untuk mengetahui fluktuasi gaya-gaya (drag/alongwind dan lift/acrosswind) pada bagian papan saja.

Gambar 3.5 Meshing pada pemodelan 3 dimensi Meshing pada computational domain pemodelan 3 dimensi adalah sebagaimana pada Gambar 3.5. Dapat dilihat bahwa bagian yang dekat dengan permukaan solid dibuatkan meshing yang lebih rapat karena pada bagian-bagian ini terdapat gradien-gradien yang besar dari parameter-parameter aliran. Setting mesh ini dilakukan secara otomatis oleh software, yaitu adaptive mesh, dan pada pemodelan ini penulis tidak menggunakan fitur local mesh karena berdasarkan pengalaman pada model sederhana penggunaan fitur ini tidak berpengaruh signifikan terhadap hasil simulasi. III.2.3 Goals Tujuan dari simulasi ini adalah untuk menghasilkan plot koefisien drag (cd) dan Strouhal number (St) terhadap Reynolds number. Untuk memperoleh cd maka dibutuhkan nilai gaya yang searah aliran angin, dengan demikian diperlukan Normal Force dalam komponen searah aliran sebagai Global goal. Koefisien drag, cd, diperoleh dengan memasukkan rumus c d ke Equation goal yaitu, (3.2) dengan S adalah luas penampang model papan reklame (m2), sesuai dengan dimensi geometri model, besarnya adalah luas papan ditambah dengan luas frontal tiang penyangganya.

Untuk koefisien gaya yang tegak lurus aliran (acrosswind), rumus yang digunakan adalah sebagaimana rumus koefisien lift. (3.3) untuk perhitungan acrosswind ini, S adalah luas frontal dari tampak samping (m2), dalam hal ini adalah luas frontal tiang penyangga dan luas frontal dari rangka papan reklame. Perhitungan Strouhal number dioperasikan di Microsoft Excel, dengan mengambil data plot Goals hasil analisa EFD Lab. Dari grafik plot Normal Force atau grafik koefisien drag, dapat dilihat besarnya frekuensi dari fluktuasi gaya. Normal Force yang digunakan dalam analisis frekuensi fluktuasi ini adalah Normal Force yang searah aliran (alongwind/drag) serta yang tegak lurus aliran (acrosswind/lift). Dengan mengetahui frekuensi, maka dapat dihitung nilai Strouhal number berdasarkan rumus berikut: (3.4) Dengan L adalah panjang karakteristik dalam hal ini lebar papan reklame (m). Dalam perhitungan frekuensi, tidak digunakan nilai parameter di suatu titik, misalnya tekanan atau kecepatan di suatu titik di dalam wake atau di sekitar solid, melainkan digunakan nilai parameter yang adalah rata-rata dalam sistem yang ditinjau, oleh karena itu digunakan parameter-parameter gaya dan koefisien gaya untuk kemudian dilihat fluktuasinya dari waktu ke waktu. Namun demikian, pada dasarnya nilai dari gaya ini juga adalah merupakan fungsi dari parameter tekanan dan kecepatan, sehingga fluktuasi gaya sebenarnya juga menggambarkan adanya fluktuasi tekanan dan kecepatan. Perhitungan dengan point parameter sudah pernah coba dilakukan, dan hasilnya menjadi sulit untuk diinterpretasikan karena pada tempat-tempat yang berbeda maka fluktuasinya juga akan berbeda. (forum ccitonline.com, 3 Mei 2009)

III.2.3 Mesh Dependency Test Untuk meyakinkan bahwa hasil yang diperoleh sudah baik dan tidak terpengaruh oleh meshing, maka dilakukan mesh dependency test. Ini dilakukan pada suatu kondisi model, dan hasil dari percobaan pada 8 jenis mesh ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Tabel 3.1 Mesh dependency test pada model Dari hasil mesh dependency test, penulis menggunakan mesh level 5 untuk menjalankan simulasi-simulasi dengan pertimbangan hasil yang telah mengerucut dan efisiensi dalam waktu perhitungan. Seperti dapat dilihat pada Tabel 3.1, hasil dari mesh level 5, 6, dan 7 tidak berbeda jauh.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 HASIL SIMULASI CFD Simulasi dilakukan pada 3 computational domain, 3 dimensi, 2 dimensi bidang xz pada papan, dan 2 dimensi bidang xy pada papan. Pelaksanaan simulasi dengan menggunakan 3 computational domain ini adalah untuk memperoleh tinjauan yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan dan tujuan analisis. IV.1.1 Simulasi 3-Dimensi Hasil simulasi 3 dimensi menghasilkan nilai parameter-parameter aliran secara keseluruhan. Gaya-gaya normal yang terhitung adalah gaya yang bekerja pada seluruh bagian reklame termasuk tiang dan papan serta frame.

Gambar 4.1 Contoh visualisasi 3 dimensi pada kecepatan angin 30 m/s

Hasil dari simulasi pada 6 kecepatan angin (dengan demikian Re) yang berbeda ini adalah sebagai berikut:

Tabel 4.1 Hasil simulasi 3 dimensi (Force dalam Newton) Koefisien gaya arah sumbu-x (searah aliran/drag) yang diplot terhadap Re ditampilkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.2 Plot cx (koefisien gaya arah sumbu-x) terhadap Re Grafik koefisien gaya searah aliran (drag) diatas adalah untuk keseluruhan papan reklame, yaitu papan yang adalah flat plate dan tiang penyangga yang adalah silinder. Bentuk grafik ini menyerupai grafik drag-Re untuk silinder pada Reynolds regime yang sama, yaitu pada Re=105 sampai 6 x 106. Pada Reynolds regime itu, nilai koefisien drag untuk silinder turun dan kemudian setelah itu kembali naik sedikit. Sementara itu besarnya koefisien drag untuk plat datar relatif konstan. Oleh kerena itu bentuk grafik koefisien drag dari geometri gabungan antara plat datar dan silinder ini dipengaruhi oleh bentuk grafik dari koefisien drag silinder. Perbedaan nilai koefisien gaya searah aliran ini tidak akan tampak apabila diplot di grafik Gambar 4.3 karena skalanya, namun demikian trend dari grafiknya dapat terlihat jelas mengikuti trend dari grafik koefisien drag silinder.

Gambar 4.3 Koefisien drag silinder dan plat datar (Ref. 1, dengan modifikasi)

IV.1.2 Simulasi 2-Dimensi Bidang-xy Simulasi ini adalah untuk mengetahui koefisien gaya searah aliran (drag/alongwind) yang bekerja hanya pada papan. Berikut adalah nilai koefisien drag untuk papan.

Tabel 4.2 Nilai dan koefisien gaya searah aliran pada papan

Data ini diplot ke grafik dari referensi sebagai bahan untuk validasi data hasil simulasi. Plot koefisien gaya cx (koefisien drag) terhadap Re menunjukkan nilai yang hampir sama antara data hasil simulasi CFD (titik-titik hitam) dengan data koefisien drag untuk plat datar tipis (garis merah) yang terdapa pada grafik dari referensi (www.roymech.co.uk).

Gambar 4.4 Plot koefisien drag (cx) terhadap Re IV.1.2 Simulasi 2-Dimensi Bidang xz Simulasi ini adalah untuk mengetahui gaya-gaya searah aliran (drag/alongwind) serta tegak lurus aliran (acrosswind) yang bekerja hanya pada papan. Yang akan diambil dari simulasi terhadap bidang xz ini adalah frekuensi fluktuasi dari gaya-gaya yang bekerja. Contoh grafik fluktuasi cd adalah sebagai berikut:

Gambar 4.5 Contoh grafik fluktuasi beban (direpresentasikan dengan cx) terhadap waktu

Gambar 4.6 Cut plot distribusi tekanan pada Re= 6000000 (tampak atas)

Gambar 4.7 Cut plot distribusi kecepatan pada Re= 6000000 (tampak atas)

Dari data grafik terhadap waktu, didapatkan frekuensi.

Tabel 4.3 Frekuensi dan Struohal number Namun demikian, hasil ini tidak sesuai dengan grafik St-Re dari referensi, terutama pada Re yag rendah (kecepatan rendah). Ini kemungkinan disebabkan fluktuasi yang tidak terbaca pada grafik karena time-step yang kurang rapat.

Gambar 4.8 Grafik Strouhal terhadap Reynolds (Ref. 4) Pada Tabel 4.3 terlihat bahwa frekuensi fluktuasi gaya-gaya yang searah maupun yang tegak lurus aliran adalah kurang lebih sama. Ini karena gaya-gaya yang bekerja ini dipengaruhi oleh fluktuasi dari parameter-parameter yang sama. Gambar 4.6 dan 4.7, adalah gambar cut plot pada kecepatan angin 20 m/s (Re = 6 x 106), tidak begitu jelas perbedaan dari distribusi tekanan dari waktu ke waktu, namun ada sedikit perbedaan yang dapat dicermati yaitu besarnya kontur tekanan yang berubah-ubah terhadap waktu. Begitu juga dengan distribusi kecepatan, fluktuasi yang dimaksud sebenarnya sangat kecil.

IV.2 PEMBAHASAN Dari Tabel 4.2 terlihat bahwa angin dapat memberikan gaya yang besar pada papan reklame, misalnya angin pada 20 m/s (72 km/jam) yang menghasilkan gaya 5642 N. Dan berdasarkan nilai Normal Force di Tabel 4.2 yang merupakan gaya drag pada bagian papannya saja, maka dapat terlihat bahwa sebagian besar bahkan hampir seluruh pembebanan terdapat pada bagian papan. Hal ini berarti akan terdapat momen yang besar pada tiang dan pondasi papan reklame. Pembebanan ini bukan hanya beban statik, tetapi juga dinamik dimana pembebanan berubah-ubah terhadap waktu, ini akan menumbulkan fatigue pada struktur yang berarti bahwa tegangan-tegangan yang lebih rendah daripada yield strength material pun dapat mengakibatkan

failure pada struktur papan reklame. Frekuensi dari fluktuasi pembebanan juga harus diperhatikan karena apabila frekuensi ini bersesuaian dengan frekuensi natural dari sruktur maka akan mengkibatkan resonansi yang membuat struktur berdefleksi lebih besar lagi dan tentunya kemudian menyebabkan tegangan-tegangan yang semakin besar pada material.

BAB IV KESIMPULAN

Angin memiliki pengaruh yang besar terhadap pembebanan papan reklame. Berdasarkan simulasi 3 dimensi, diperoleh beban angin pada keseluruhan struktur papan reklame saat kecepatan angin 30 m/s (108 km/jam) dapat mencapai 12 kN. Koefisien drag struktur papan reklame secara keseluruhan adalah sekitar 1. Secara keseluruhan berarti bahwa ini merupakan beban oleh angin pada seluruh bagian reklame yang terkena angin, mulai dari papan, tiang, dan pondasinya. Sebagian besar beban angin berada pada bagian papan, ini juga karena papan memiliki luasan yang paling besar dibandingkan dengan bagian lain. Besarnya beban pada papan ini dapat terlihat dari hasil simulasi 2 dimensi pada bagian papan yang menunjukkan bahwa sebagian dari papan yang ditinjau oleh computational domain (yaitu 1/6 luasan total papan) telah menerima gaya yang besar dibandingkan dengan gaya total pada seluruh struktur. Frekuensi shedding dari aliran, yang terukur oleh frekuensi fluktuasi gaya, adalah sebesar 0.6 – 1 Hz. Data ini dapat jadi pertimbangan dalam mendesain billboard sejenis, agar pemilihan material dan rancangan dapat sedemikian sehingga resonansi akibat vibrasi yang disebabkan oleh aliran dapat dihindari.

REFERENSI 1. Anderson, 2001. Fundamentals of Aerodynamics. McGrawHill. 2. Munson, et.al. 2003. Mekanika Fluida. Erlangga. 3. Shevell, R.S. 1983. Fundamentals of Flight. Prentice-Hall. 4. Roshko, A. 1954. On the Drag Shedding Frequency of Two-Dimensional Bluff Body. NACA. 5. Versteeg et.al. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. 6. Kijewski. Wind Induced Vibration 7. www.roymech.co.uk 8. EFDLab Tutorial

LAMPIRAN

I. LANGKAH-LANGKAH PENGERJAAN SIMULASI CFD 1. Membuat project dengan wizard

2. Memilih sistem satuan

3. Memilih jenis analisis, steady atau time dependent, serta mengatur lamanya waktu yang akan disimulasikan dan juga mengatur time-step.

4. Memilih jenis fluida yang akan digunakan

5. Mendefinisikan wall condition

6. Mendefinisikan Initial condition

7. Mengatur Initial Mesh

8. Contoh membuat Equation goal (untuk koefisien gaya: drag atau lift)