Studi Numerik Pengaruh Penambahan Bogie Fairing Terhadap Performa Aerodinamika Desain Kereta Semicepat Jakarta - Surabaya

Seiring perkembangan zaman, kebutuhan akan transportasi pribadi maupun transportasi umum semakin tinggi. Untuk memenuhi kebutuhan akan moda transportasi umum, PT Kereta Api Indonesia akan membuat layanan kereta semicepat yang menghubungkan Kota Jakarta dengan Kota Surabaya. Kereta Api Semicepat Jakarta – Surabaya mampu melaju hingga kecepatan 160 km/jam, melampaui kecepatan kereta yang sudah ada di Indonesia pada umumnya. Minimnya riset tentang kereta semicepat menjadi kendala dalam implementasinya di Indonesia. Salah satu topik penting yang perlu diteliti adalah seberapa besar gaya hambat aerodinamik yang dialami kereta ketika dioperasikan karena semakin besar gaya hambat yang dialami kereta semakin besar energi yang dibutuhkan untuk mengoperasikan kereta. Dalam rangka mengurangi koefisien drag kereta semicepat, beberapa penelitian terkait penggunaan bogie fairing telah dilakukan, dimana pada penelitian terdahulu, bogie fairing mampu memberikan reduksi terhadap gaya drag yang dialami kereta, dengan nilai reduksi yang berbeda pada masing – masing kasusnya. Metode yang dilakukan pada studi ini adalah studi numerik tiga dimensi desain lokomotif kereta semicepat Jakarta – Surabaya dengan aliran steady dan incompressible menggunakan software ANSYS Fluent. Geometri yang diuji adalah desain lokomotif kereta semicepat Jakarta – Surabaya dengan model standard dan dengan penambahan bogie fairing. Simulasi dilakukan pada kecepatan aliran 33,33 m/s dan 44,44 m/s dengan menggunakan model turbulensi k-ω-SST. Boundary condition yang digunakan adalah velocity inlet, pressure outlet, no-slip moving wall pada tanah, dan symmetry untuk permukaan di bagian kiri, kanan, dan atas kereta. Meshing dilakukan dengan menggabungkan sel berbentuk heksahedral dengan tetrahedral. Dari simulasi yang dilakukan akan didapatkan data kualitatif dan kuantitatif. Data kualitatif yang didapatkan adalah kontur koefisien tekanan pada kereta, kontur isoline u/U = 0,99 yang terbentuk di sekeliling kereta, kontur kecepatan aliran di sekitar kereta, dan streamline aliran. Data kuantitatif yang didapatkan adalah grafik koefisien tekanan pada permukaan atas kereta dan underbody kereta, grafik ketebalan shear layer di sekitar kereta, dan nilai koefisien drag kereta semicepat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan bogie fairing meningkatkan koefisien drag kereta sebesar 1,83% baik pada kecepatan 33,33 m/s dan 44,44 m/s. Peningkatan koefisien drag terjadi karena penambahan bogie fairing menyebabkan aliran yang mengalir dari celah spoiler dengan bagian bawah nose kereta mengahantam permukaan endplate dengan lebih kuat sehingga timbul daerah bertekanan tinggi yang meningkatkan koefisien drag desain kereta semicepat Jakarta – Surabaya. ==================================================================================================================== As times goes by, the needs of private transportation and public transportation continues to rise. To fulfill the demand of public transportation, PT. Kereta Api Indonesia will create a medium speed train service connecting the city of Jakarta and Surabaya. Jakarta – Surabaya medium speed train is able to attain maximum velocity of 160 km/hr, surpassing the maximum velocity of the trains operating in Indonesia nowadays. One of the major problem of implementing the medium speed train in Indonesia is the lack of the research on the medium speed train itself. One of the key topic for the research is the aerodynamic drag experienced by the train during its operation since the higher the aerodynamic drag, the train will consume more energy to operate. In order to reduce the aerodynamic drag of the medium speed train, several research on the application of bogie fairing has been reviewed. Bogie fairings can reduce the aerodynamic drag of highspeed train where the amount of reduction varies from case to case. The method which used in this research is three dimensional numerical study on the design of Jakarta – Surabaya Medium Speed Train with steady and incompressible flow simulation using ANSYS Fluent. The geometries used in this research are standard design of the Jakarta – Surabaya Medium Speed Train locomotive and Jakarta – Surabaya Medium Speed Train design using bogie fairings. The simulation is conducted with inlet velocity at 33,33 m/s and 44,44 m/s using k-ω SST turbulence model. The boundary conditions used in this simulation are velocity inlet, pressure outlet, no slip moving wall at the ground, and symmetry in the top and the side of the domain. The mesh used in this simulation is a hybrid mesh which comprises of hexahedral and tetrahedral cells. Qualitative datas which will be evaluated are pressure coeffcicient contour, isoline u/U = 0,99 contour, velocity contour, and the flow streamlines. Quantitative data which will be evaluated are pressure coefficient distribution, shear layer thickness around the train, and the drag coefficient of the medium speed train. From the simulation, bogie fairings increase the drag coefficient of the semihighpeed train by 1,83% either at the 33,33 m/s or 44,44 m/s. Increase in drag coefficient is caused by the airflow which flows through the gap between spoiler and the train’s nose, impacting the bogie endplate surface at higher velocity and causes a high pressure zone which increases the drag coefficient of the medium speed train design