Analisis aerodinamika pada bangunan menggunakan aplikasi CFDSOF

Analisis aerodinamika pada bangunan menggunakan aplikasi CFDSOF

Nama : Ida Ayu Nyoman Titin Trisnadewi NPM : 1806268793

Tugas :

Melakukan analisa kekuatan angin (aerodinamika) pada desain bangunan yang sudah dibuat sebelumnya dengan menggunakan aplikasi CFDSOF. Analisa ini bertujuan untuk mengetahui aliran angin yang melewati bangunan tersebut.

A. Pendahuluan

Pola sirkulasi udara di sekitar bangunan tergantung pada karakteristik angin yang mendekati bangunan dan ukuran serta bentuk dari bangunan itu sendiri. Bangunan yang lebih tinggi terhadap sekitarnya menjadi penghalang terhadap angin, sehingga mengalami defleksi secara horizontal dan vertikal. Pengaruh defleksi ini memperbesar kecepatan angin di permukaan tanah dekat bangunan. Pola sirkulasi udara di sekitar bangunan, distribusi kecepatan dan tekanan angin pada dinding bangunan atau atap saling berkaitan erat.

Pembahasan pergerakan udara permukaan, perlu diketahui ‘angin gradien’ (gradien wind). Angin gradien adalah angin pada suatu ketinggian tertentu di mana bentuk kekasaran permukaan dapat diabaikan. Kecepatan pergerakan udara adalah suatu jumlah vector berikut besarnya atau kecepatan dan arahnya. Kecepatan angin bervariasi mulai dari waktu ke waktu, baik berubah arahnya ataupun kecepatannya.

• Beban Angin

Besarnya beban angin yang bekerja pada struktur bangunan tergantung dari kecepatan angin, rapat massa udara, letak geografis, bentuk dan ketinggian bangunan, serta kekakuan struktur. Bangunan yang berada pada lintasan angin, akan menyebabkan angin berbelok atau dapat berhenti. Sebagai akibatnya, energi kinetik dari angin akan berubah menjadi energi potensial, yang berupa tekanan atau hisapan pada bangunan. Beban Angin adalah semua beban yang bekerja pada gedung atau bagian gedung. Beban Angin ditentukan dengan menganggap adanya tekanan positif dan tekanan negatif (hisapan), yang bekerja tegak lurus pada bidang yang ditinjau. Besarnya tekanan positif dan negatif yang dinyatakan dalam kg/m2 ini ditentukan dengan mengalikan tekanan tiup dengan koefisien – koefisien angin. Tekan tiup harus diambil minimum 25 kg/m2, kecuali untuk daerah di laut dan di tepi laut sampai sejauh 5 km dari tepi pantai. Pada daerah tersebut tekanan hisap diambil minimum 40 kg /m2 (dimana v adalah kecepatan angin dalam m/det, yang harus ditentukan oleh instansi yang berwenang. Sedangkan koefisien angin ( + berarti tekanan dan – berarti isapan ). Beban tekanan angin disederhanakan dalam bentuk koefisen angin yang di rangkum dalam tabel 1.

Table 1. beban tekanan angin

Untuk tempat-tempat dimana terdapat kecepatan angin yang mungkin mengakibatkan tekanan tiup yang lebih besar. Tekanan tiup angin (p) dapat ditentukan berdasarkan rumus empiris :

dimana V adalah kecepatan angin dalam satuan m/detik.

Berhubung beban angin akan menimbulkan tekanan dan hisapan, maka berdasarkan percobaan-percobaan, telah ditentukan koefisien-koefisien bentuk tekanan dan hisapan untuk berbagai tipe bangunan dan atap. Tujuan dari penggunaan koefisien-koefisien ini adalah untuk menyederhanakan analisis. Berikut adalah contoh aliran angin pada bangunan gedung tinggi.

B. Perumusan masalah

Pada tugas kali ini akan dilakukan simuasi aliran angin yang terjadi pada suatu bangunan tinggi dengan menggunakan aplikasi CFD SOF. CFD (Computational Fluid Dynamics) merupakan cabang dari mekanika fluida yang menggunakan metode numeric dan algoritma untuk menyelesaikan dan menganalisis masalah-masalah terkait aliran fluida. Komputer digunakan untuk menampilkan kalkulasi yang dibutuhkan untuk melakukan simulasi terkait interaksi dari cairan dan gas dengan lapisan batas yang didefinisikan sebagai kondisi batas (boundary conditions).

Salah satu media untuk melakukan analisis CFD adalah dengan menggunakan software CFDSOF yang dikembangkan oleh Pak Ahmad Indra Siswantara yang merupakan Dosen di Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia. Aplikasi ini dapat digunakan untuk menganalisis aliran angin pada bangunan untuk penyelesaian tugas kali ini.

C. Langkah-langkah penyelesaian

1. Pertama membuka file CFDSOF-V36-2-100K, lalu pilih folder ntbin, setelah itu pilih folder ntx86. Didalamnya terdapat file bernama cfdsof.exe lalu buka software tersebut dan akan muncul tampilan seperti gambar di bawah ini.

Gambar 3. Tampilan awal software CFDSOF

2. Setelah keluar tampilan seperti diatas lalu pilih “input” untuk mengatur alokasi memori. Pada kolom diisi jumlah cell yaitu 15000 dan klik “Ya”

Gambar 4. Mengatur alokasi memori

3. Setelah itu kasus yang akan dibuat diberikan judul dengan mengetik “nt1” “n” “ju” lalu akan keluarlah seperti di bawah ini

Gambar 5. Pemberian judul kasus

4. Kemudian barulah kita membuat domain dan mengatur grid simulasinya dengan memilih “input” lalu “domain” yang bertujuan untuk mengatur dimensi dan jumlah cell yang akan dibuat. Pada tugas ini saya membuat dimensi dengan p=20, l=10 dan t=15 dengan jumlah cell 50.

Gambar 6. Mengatur dimensi dan cell

5. Setelah itu kita bisa memeriksa grid yang sudah dibuat dengan klik “hasil”, “grid” kemudian “tayang” maka akan muncul tampilan grid seperti di bawah ini.

Gambar 7. Tampilan grid

6. Kemudian kita kembali lagi ke lembar kerja untuk mengatur model yang akan disimulasikan dengan klik “input”, “model”. Disini dipilih turbulensi dengan model K-Epsilon lalu klik pakai.

Gambar 8. Mengatur model simulasi

7. Setelah itu kita harus mengatur tipe cell dengan memilih “input” “cell” kemudian tayang. Lalu blok garis tepi untuk menetukan bagian inlet dan outlet, dimana inlet berwarna biru dan outlet berwarna merah.

Gambar 9. Mengatur inlet dan outlet

8. Setelah itu dalam cell bentuk struktur gedung yang akan di analisa dari tampak depan, samping dan atas. Kemudian pilih tipe W-WALL dan pilih Pakai, sehingga gedung yang akan dianalisis akan berwarna hijau.

Gambar 10. Tampak atas

Gambar 11. Tampak samping

9. Kemudian pilih Input dan klik KS (Kondisi Sepadan). Pilih Tipe W-WALL dan klik Set, maka akan muncul kondisi sepadan wall kemudian klik pakai. Kemudian barulah dilakukan proses iterasi dengan klik “olah” “iterasi” dan menentukan jumlah iterasi yaitu 2000 lalu klik iterasi dan tunggu hingga iterasi selesai.

Gambar 12. Mengatur iterasi

10. Setelah proses iterasi selesai keluarlah data seperti berikut

Gambar 13. Hasil iterasi

11. Setelah dinyatakan bahwa kriteria konvergensi terpenuhi barulah kita bisa melihat hasil gambar yang terbentuk dengan klik lihat vektor kecepatan dan pilih magnitude kecepatan, maka akan muncul seperti di bawah ini atau pilih streamline.

Gambar 13. Magnitude kecepatan dan streamline tampak atas

Gambar 14. Magnitude kecepatan dan streamline tampak samping

D. Kesimpulan

Berdasarkan hasil gambar simulasi kecepatan angin tersebut, diketahui bahwa ketika sejumlah massaudara yang bergerak bertemu dengan obyek penghalang, seperti bangunan, maka respon yang ditimbulkan adalah angin akan seperti fluida yang lain yaitu bergerak ke tiap sisi kemudian bergabung kembali pada aliran utama.