Tugas Aerodinamika

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Pada perancangan kendaraan bermotor maupun persawat terbang pada

dasarnya harus mempelajari aerodinamika, karena aerodinamika mempunyai pengaruh sangat besar pada gerakan benda ata u bangunan yang berada pada udara terbuka. Ketika objek bergerak melalui udara, terdapat gaya yang dihasilkan oleh gerakan relatif antara udara dan permukaan bodi, studi tentang gaya – gaya – gaya yang dihasilkan oleh udara disebut aerodinamika. Berdasarkan arus lingkungan aerodinamis dapat diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu eksternal dan aerodinamis internal; aerodinamis eksternal adalah aliran di sekitar benda padat dengan berbagai bentuk, dimana aerodinamis internal adalah aliran melalui bagian dalam benda padat, misalnya aliran udara melalui mesin jet dll. Aerodinamis memiliki rentang aplikasi yang luas terutama di bidang teknik penerbangan, dalam perancangan mobil, prediksi gaya – gaya – gaya gaya yang terjadi pada kapal dan layar, di bidang teknik sipil seperti dalam desain jembatan dan bangunan lainnya. Berasal dari bahasa inggris aerodynamics, aerodynamics, adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran udara dalam segala situasi beserta pengaruh yang ditimbulkan pada benda

yang

berada

didalamnya.

Bagian-bagian

yang

dipelajari

dalam

aerodinamika mencakup sifat dan gaya, terutama udara atau gas-gas lain, serta akibat-akibat yang ditimbulkan ketika benda padat masuk kedalam alirannya. Aerodinamika berhubungan dengan pendistribusian gaya angkat dan gaya hambat pada seluruh benda, kecepatan pemanasan permukaan benda yang dihasilkan selama melintasi udara. Benda-benda yang berkaitan erat dengan aerodinamika adalah pesawat terbang, peluru kendali (ballistic ( ballistic missile), missile), roket, kapal laut dan kendaraan bermotor.

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012 MESIN/FKIP/UNS/2012

1

1.2

Tujuan dan Manfaat Penulisan Secara akademis tujuan makalah ini dibuat adalah adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah Aerodinamika. Adapun manfaat yang diharapkan dari makalah ini antara lain : 1.2.1. Bagi penulis untuk menambah pengetahuan tentang Aerodinamika (Airfoil). 1.2.2. Mengetahui

pengertian

aerodinamika,

hukum-hukum

yang

mendasari aerodinamika, gaya-gaya pada aerodinamika, dan aplikasi aerodinamika.

1.3

Metodologi Penulisan Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan makalah ini adalah sebagai berikut : 1.3.1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait. 1.3.2. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book ) serta data-data lain yang berhubungan.

1.4

Sistematika Penulisan Makalah ini dibagi menjadi beberapa bab dan masing-masing terdiri dari sub bab dengan garis besar tiap bab adalah se bagai berikut : 1.4.1. BAB 1 : PENDAHULUAN Bab ini berisikan latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, metodologi penulisan dan sistematika penulisan. 1.4.2. BAB 2 : PEMBAHASAN Bab ini berisikan berbagai uraian tentang pengertian aerodinamika, hukum-hukum yang mendasari aerodinamika, gayagaya pada aerodinamika, dan aplikasi aerodinamika. 1.4.3. BAB 3 : PENUTUP

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

2

Bab ini berisikan kesimpulan dari uraian BAB II dan beberapa saran terkait dengan pembuatan makalah.


3

BAB 2 PEMBAHASAN

2.1

Pengertian dan Sejarah Aerodinamika Aerodinamika (ilmu gaya gerak) berasal dari bahasa Yunani yaitu air =

udara dan dynamic = gaya gerak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa aerodinamika adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang bergeraknya suatu

benda di dalam udara. Ilmu gaya udara merupakan lanjutan dari ilmu yang lebih tua yaitu ilmu gaya gerak air atau hidrodinamika dan ilmu gaya gerak udara ini erat hubungannya dengan beberapa ilmu yang lainnya yaitu ilmu alam (fisika), ilmu pasti (matematika), ilmu gaya (mekanika), dan ilmu cuaca (meteorogia) yang memberikan keterangan- keterangan azasi tentang udara yang diam khususnya tentang perubahan- perubahan yang dialami udara jika ketinggian bertambah. Pada tahun 1810 Sir George Canley berpendapat bahwa udara dipaksa meniup berlawanan dengan arah gerak dari sayap dalam udara atau fluida tersebut. Kemudian pada tahun 1871 Pranoim Wenham merencanakan airfoil yang melengkung seperti bentuk dari sayap burung. Juga pada tahun ini Wenham yang pertama-tama membuat terowongan angina yang digerakkan dengan tenaga uap. Penyelidikan airfoil ini dilanjutkan oleh Wreight bersaudara dengan mengadakan percobaan-percobaan kurang lebih 150 buah air foil disamping melengkapi alat-alat kemudi untuk mengemudikan pesawat yang sedang terbang.dalam penyelidikan Iaanc Newton telah menemukan gaya-gaya udara yang melalui benda yang bergerak yaitu gaya angkat (lift dan hambatan/drag). Pada tahun 1902-1907 N Wilhelm Kutti (jerman), N.E. Janhowaki (rusia), Frederiek W. Launohoster (Inggris) menemukan teori bagaimana terjadinya

gaya angkat (lift) pada airfoil.


4

Dengan penemuan-penemuan pada tahun-tahun di atas jelaslah bahwa aerodinamika merupakan ilmu yang masih baru, dan bukanlah suatu pengetahuan yang abstrak seperti ilmu pasti dan mekanik karena hingga kini penyelidikan penyelidikan masih terus dilakukan. Aerodinamika sebenarnya tidak lain dari pada suatu yang mempelajari atau menyelidiki sifat-sifat udara,reaksi-reaksi dan akibat-akibat yang timbul dari gerakan udara terhadap benda yang dilalui oleh udara atau gerakan benda-benda di dalam udara tersebut. Jadi aerodinamika berarti pula pengetahuan atau penyelidikan mengenai gerakan-gerakan benda di dalam udara dimana pengertian ini sangat erat hubungannya denganilmu penerbangan.

2.2

Hukum-Hukum yang Mendasari Aerodinamika 1. Hukum Newton

a. Hukum Newton I Mengatakan bahwa benda yang diam akan tetap diam sedangkan benda yang bergerak akan tetap bergerak dalam garis lurus dan kecepatan yang tetap, kecuali suatu sebab dari luar yaitu gaya yang memaksanya merubah keadaan tersebut


5

Rumus : ∑F=0 Artinya : 

Sebuah benda yang sedang diam akan tetap diam kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.



Sebuah benda yang sedang bergerak, tidak akan berubah kecepatannya kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.

b. Hukum Newton II Mengatakan bahwa perubahan banyaknya gerakan berbanding langsung dengan gaya yang bekerja dan menurut garis kerja gaya tersebut. Selanjutnya Hukum Newton II mengatakan bahwa benda yang bergerak akan mendapat perlambatan. Rumus : ∑F=mxa Keterangan: F : Gaya (N) m : massa (kg atau g) a : percepatan (m/s 2 atau cm/s2 )

c. Hukum Newton III Mengatakan bahwa aksi sama besar dan berlawanan arah dengan reaksi. Artinya gaya yang dilaksanakan oleh dua benda terhadap sesamanya sama besar dan berlawanan arahnya. Rumus : Faksi = - Freaksi Ciri gaya aksi – reaksi : 

Besarnya sama



Arah berlawanan


6



Bekerja pada benda yang berlainan

Tokoh :

Sir Isaac Newton adalah ahli fisika, matematika, astronomi, kimia

dan ahli filsafat yang lahir di Inggris. Buku yang ditulis dan dipublikasikan pada tahun 1687, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, dikatakan sebagai buku yang paling berpengaruh dalam sejarah perkembangan ilmu pengetahuan. Karyanya ini menjelaskan tentang hukum gravitasi dan tiga asas (hukum) pergerakan, yang mengubah pandangan orang terhadap hukum fisika alam selama tiga abad kedepan dan menjadi dasar dari ilmu pengetahuan modern.

2. Hukum Bernoulli

Semakin besar kecepatan fliuda, semakin kecil tekanannya dan begitu juga sebaliknya, semakin kecil kecepatan fluida,semakin besar tekanannya. Sebagai contoh : Gaya angkat pesawat terbang

Pesawat terbang dapat terangkat karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat mengakibatkan perbedaan tekanan udara dibagian bawah dan atas sayap pesawat, sehingga menyebabkan gaya angkat sebesar (F 1 – F2) pada pesawat, seperti ditunjukan pada gambar berikut.


7

Besar gaya (F1 – F2) berdasarkan turunan dari persamaan Bernoulli adalah:

Keterangan : (F1 – F2)

: Gaya angkat (N)

P1

: Tekanan pada permukaan 1

(N/m2)

P2

: Tekanan pada permukaan 2

(N/m2)

V1

: Kecepatan aliran pada permukaan 1

(m/s)

V2

: Kecepatan aliran pada permukaan 2

(m/s)

A

: Luas penampang sayap

ρ

: Massa jenis fluida udara

(m2) (kg/m3)

Pesawat tebang terangkat keatas jika : F1 – F2 > Wpesawat Untuk pesawat dengan ketinggian tetap : F1 – F2 = Wpesawat


8

Tokoh :

Daniel Bernoulli adalah seorang seorang matematikawan dan fisikawan Swiss. Salah satu pemikirannya yang penting dalam dunia fisika adalah persamaan Bernoulli pada tabung arus yang digunakan untuk pengukuran kecepatan aliran karena tekanan.

2.3

Boundary Layer Lapisan Batas (Boundary Layer) adalah suatu lapisan yang terbentuk

disekitar permukaan benda yang dilalui oleh fluida dengan viskositas, karena mengalami hambatan yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti faktor gesekan, dan efek- efek viskos.


9

Gambar ini menunjukan Detail dari Aliran Viscous di se kitar Airfoil:

Viskositas (μ) adalah kemampuan untuk menahan gesekan (ukuran kekentalan fluida)/tekanan geser (shear stress). Hubungan antara viskositas dengan aliran laminar dan turbulen adalah bila semakin besar viskositas yang terdapat pada fluida maka semakin kecil gesekan yang tejadi antara fluida dengan permukaan suatu benda sehingga kecepatan aliran antara molekul fluida lebih teratur, ini berarti aliran ini cenderung laminar.

Begitupun sebaliknya, semakin kecil viskositas fluida maka alirannya cenderung bergolak (tidak teratur) atau turbulen.

Aliran ini sebenarnya juga bergerak dalam dimensi ruang dan waktu sehingga penurunan rumusnya dilakukan pada dimensi x (panjang), y (lebar), z (tinggi),


10

serta t (waktu). Namun pengasumsian aliran fluida bergerak pada streamline yang mengalir secara tunak dan gerakan aliran yang mengalami gesekan terjadi hanya pada salah satu bidang sumbu. dan garis batas yang menunjukan tidak lagi adanya perubahan ketinggian terhadap kecepatan fluida inilah yang disebut Boundary Layer. Dimana aliran diluar lapisan batas disebut sebagai aliran inviscid. Jenis-jenis aliran yang terjadi bisa berupa aliran laminar, transisi ataupun turbulen. yang membedakan ketiga jenis aliran ini adalah pada rentang nilai bilangan reynoldsnya. rentang nilanya adalah : 

laminar Re < 2300



transient 2300 < Re < 4000



turbulent Re > 4000

Oleh karena itu setiap aliran selalu mengalami salah satu dari ketiga jenis aliran ini. Sebagai contoh kasus pada aliran yang mengalir pada suatu sudu juga mengalami lapisan batas. Secara teoritis, aliran yang mengalir adalah laminar semua. namun pada kenyataannya setiap aliran mengalami hambatan seperti gesekan permukaan, tegangan geser dan diferensiasi kecepatan. dan jika semakin banyak gangguan yang dialami maka alirannya akan terus berubah sehingga menyebabkan aliran turbulen.

Semakin banyaknya aliran turbulensi yang terjadi, maka lama kelamaan bisa menyebabkan vorteks (kondisi dimana aliran partikel berputar dalam 1 arah). dimana vorteks ini merupakan fenomena alamiah penyebab terjadinya angin tornado.


11

Berikut ini adalah beberapa konsep dari boundary layer: 1. Pada awalnya boundary layer adalah laminar 2. Transisi ke turbulent terjadi pada jaraktertentu dari titik stagnasi, tergantung pada: -

kecepatan free stream

-

kekasaran permukaan padat

-

gradient tekanan

3. Titik separasi terjadi pada daerah adverse pressure gradient. 4. Fluida

dalam

boundary

layer

padapermukaan

body

membentuk viscous wake di belakang titik separasi. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi Transisi Boundary layer antara lain: -

Gradient tekanan

-

Kekasaran permukaan

-

Perpindahan panas

-

Gaya bodi

-

Gangguan pada free stream


12

2.4

Gaya Lift dan Drag pada Aerodinamika

1. LIFT Lift disebabkan oleh efek Bernoulli yang menyatakan semakin cepat udara bergerak semakin kecil tekanannya. Artinya kecepatan udara pada permukaan bagian atas lebih cepat dibanding kecepatan udara pada permukaan bagian bawah. Karena kecepatannya lebih cepat, maka tekanannya lebih kecil dari pada tekanan udara yang melewati permukaan bagian bawah. Karena perbedaan tekananan inilah maka timbul gaya angkat (lift) pada mobil.

F= (1/2) CLdV2A Dimana: CL = Koefisien angkat, tergantung pada geometri tertentu dari objek, ditentukan secara eksperimen D=

Kepadatan udara

V=

Kecepatan relatif benda terhadap udara

A=

Luas permukaan


13

1. DRAG Ini adalah jumlah semua gaya eksternal dalam aliran fluida, yang melawan arah gerak objek. Dengan kata lain Drag dapat dijelaskan sebagai gaya yang disebabkan oleh aliran udara turbulen di sekitar benda yang melawan gerak maju objek melalui gas atau cairan.

F=(1/2)CDdV2A

dimana: CD = Koefisien Drag, tergantung pada geometri tertentu obyek, ditentukan secara eksperimen. d=

Kepadatan udara.

V=

Kecepatan relatif benda terhadap udara.

A=

luas penampang frontal.

Ini adalah gaya aerodinamik yang paling penting untuk karena dapat mempengaruhi kecepatan maksimum serta konsumsi bahan bakar pada kendaraan yang melaju dengan kecepatan tinggi.

2.5

Aplikasi Aerodinamika


14

BAB 3 PENUTUP

Kesimpulan : Pengertian pompa ulir

Screw Pump atau pompa sekrup adalah pompa perpindahan positif yang yang menggunakan ulir (screw) untuk memindahkan fluida. Mempunyai 1,2 atau 3 sekrup yang berputar di dalam rumah pompa yang diam. Prinsip kerja pompa ulir

Prinsip kerja dari pompa ulir, metode penekanan sama dengan pompa perpindahan positif lainnya, yaitu memperkecil volume celah pemompaan, sehingga zat cair akan bertekanan lebih besar. Zat cair akan masuk ke pompa dan menuju celah celah antara dua poros yang berulir. Kemudian, karena dua buah poros berulir tadi berputar, zat cair tedorong ke arah kanan dengan gaya sentrifugal ulir. Jenis pompa ulir

1. Single screw pump 2. Double screw pump (twin screw pump) 3. Three screw pump Pompa sekrup tunggal mempunyai rotor spiral yang berputar di dalam sebuah stator atau lapisan (liner)

heliks-dalam (internal-helix-stator). Rotor

terbuat dari logam sedangkan heliks terbuat dari karet keras atau lunak, tergantung pada cairan yang dipompakan. Pompa dua-sekrup atau tiga-sekrup masing-masing mempunyai satu atau dua sekrup bebas (idler). Aliran melalui ulir-ulir sekrup, sepanjang sumbu sekrup, sekrup-sekrup yang berlawanan dapat dipakai untuk meniadakan dorongan aksial pada pompa. Aplikasi pompa ulir

Pompa sekrup yang banyak diproduksi adalah jenis dua dan tiga sekrup. Untuk pompa tiga sekrup, lebih banyak digunakan pada sistem perpipaan kilang minyak bumi. Selain itu, pompa ini juga digunakan dalam sistem mesin kapal.


15

Pompa ini mempunyai kelebihan dapat menyalurkan bahan yang mempunyai kekentalan yang tinggi. Sehingga banyak digunakan dalam industri khusus, seperti minyak bumi, aspal, dan sebagainya. Namun, pompa ini mempunyai kelebihan dibandingkan pompa lainnya bahkan pompa tiga sekrup. Pompa dua sekrup lebih spesifik digunakan untuk pemompaan dengan tekanan inlet yang kecil. Penggunaan pompa dua sekrup hampir sama dengan pompa tiga sekrup. Kelebihan dan kekurangan:

Adapun kelebihan dari pompa sekrup yakni: a. Dapat melakukan pemompaan fluida yang mempunyai kekentalan sangat rendah seperti gas. b. Dapat melakukan pemompaan fluida yang mempunyai kekentalan sangat tinggi misalnya aspal c. Dapat memompa dua fasa zat secara bersamaan (gas dan minyak) d. Getaran mekaniknya rendah dan saat dioperasikan tenang (tidak berisik) Adapun kelemahan dari pompa sekrup, yakni: a. Mempunyai harga yang relatif lebih mahal b. Untuk dayaguna tekanan tinggi memerlukan elemen-elemen pemompaan yang panjang c. Karakteristik kinerjanya sensitif terhadap perubahan viskositas


16

DAFTAR PUSTAKA

Hicks G. Tyler dan T. W. Edwards,1996, Teknologi Pemakaian Pompa, Jakarta, Penerbit : Erlangga http://www.spaansbabcock.com/products_en_applications/screw_pumps/applicati ons.aspx diakses tanggal 30 April 2012 pukul 18.00 http://www.spaansbabcock.com/products_en_applications/screw_pumps/advantag es_of_screw_pumps.aspx diakses tanggal 30 April 2012 pukul 18.00 http://www.ourpump.com/2009/10/the-advantages-and-disadvantages-of-screw pumps/ diakses tanggal 30 April 2012 pukul 18.00 http://www.parikhsales.com/tushaco/tushacopumpsdetailes.html diakses tanggal 30 April 2012 pukul 18.00 http://www.thomasnet.com/articles/hardware/archimedes-screw diakses tanggal 25 April 2012 pukul 20.00 http://www.imo-pump.com/TechArticles/hpscrew.pdf diakses tanggal 25 April 2012 pukul 20.00 http://www.imo-pump.com/brochures/BR00HOUT.pdf diakses tanggal 12 Mei 2012


17

Tugas Aerodinamika

Recommend Documents