Rabu, 21 Mei 2014

Prinsip Dasar Aerodinamika


PRINSIP DASAR AERODINAMIKA
PENGERTIAN UDARA

Udara adalah campuran berbagai macam gas yang tidak berwarna dan tidak berbau yang memenuhi ruang di atas bumi.
Udara merujuk kepada campuran gas yang terdapat pada permukaan bumi. Udara bumi yang kering mengandungi 78% nitrogen, 21% oksigen, dan 1% uap air, karbon dioksida, dan gas-gas lain.
Kandungan elemen senyawa gas dan partikel dalam udara akan berubah-ubah dengan ketinggian dari permukaan tanah. Demikian juga massanya, akan berkurang seiring dengan ketinggian. Semakin dekat dengan lapisan troposfer, maka udara semakin tipis, sehingga melewati batas gravitasi bumi, maka udara akan hampa sama sekali.


KARAKTERISTIK UDARA
Sifat udara sendiri berusaha dijelaskan oleh Aristoteles yang dianggapnya memiliki derajat benda termulia sehingga cenderung bergerak ke atas, ke surga yang ada di atas bumi. Kini sifat udara dijelaskan dengan sifat partikel-partikel pembuatnya dimana massa jenisnya lebih kecil dibandingkan zat yang lain. Dengan demikian, udara atau gas mudah bergerak ke mana saja, juga ke atas bumi.
Karakteristik udara dapat diidentifikasikan sebagai berikut :
  • Udara mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah .
  • Volume udara tidak tetap.
  • Udara dapat dikompresi (dipadatkan) .
  • Berat jenis udara 1,3 kg/m3
  • Udara tidak berwarna
  • Mudah bergerak
  • Dapat ditekan
  • Dapat berkembang dan menghasilkan tekanan
  • Merupakan benda transparan untuk beberapa radiasi
  • Jumlah beratnya diseluruh atmosfir diperkirakan sebesar 46x1014 ton. Sekitar separuh dari berat udara ini berada dibawah ketinggian 6.000 meter (18.000 feet), atau lebih dari 99 % diantaranya berada dalam ketinggian sampai 30 Km
PENGERTIAN ANGIN
Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah.
Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah.
Apabila dipanaskan, udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun kerena udaranya berkurang. Udara dingin di sekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Di atas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dinamanakan konveksi.
FAKTOR TERJADINYA ANGIN
1.      Gradien barometris
Bilangan yang menunjukkan perbedaan tekanan udara dari 2 isobar yang jaraknya 111 km. Makin besar gradien barometrisnya, makin cepat tiupan angin.
2.      Letak tempat
Kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa.
3.      Tinggi tempat
Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup, hal ini disebabkan oleh pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. Di permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan ini semakin kecil.
4.      Waktu
Di siang hari angin bergerak lebih cepat daripada di malam hari.

PENGERTIAN GAS
Gas adalah suatu fase benda dalam ikatan molekul, bisa berbentuk cairan, benda padat, ikatan molekul akan terlepas pada suhu titik uap benda. Gas mempunyai kemampuan untuk mengalir dan dapat berubah bentuk. Namun berbeda dari cairan yang mengisi pada besaran volume tertentu, gas selalu mengisi suatu volume ruang, mereka mengembang dan mengisi ruang di manapun mereka berada.
Tenaga gerak/energi kinetis dalam suatu gas adalah bentuk zat terhebat kedua (setelah plasma). Karena penambahan energi kinetis ini, atom-atom gas dan molekul sering memantul antara satu sama lain, apalagi jika energi kinetis ini semakin bertambah.
Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai berikut.
1.      Gas bersifat transparan
2.      Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya.
3.      Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding.
4.      Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya akan menjadi tak hingga kecilnya.
5.      Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar.
6.      Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata.
7.      Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan mengembang.
8.      Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.
9.      gaya tarik menarik sangat kecil
10.  susunannya sangat tidak teratur
11.  letaknya saling berjauhan
12.  bergerak sangat bebas

PRINSIP TEAR DROP DALAM AERODINAMIKA
Bentuk alami (natural shape) yang paling aerodinamik adalah tetes air hujan.
Hal ini bisa fahami bahwa air adalah zat yang sangat mudah berubah bentuk, ketika jatuh dari langit air akan menghadapi gaya gesek dan tekanan dari udara yang dilewatinya. Kamudaian air akan merubah bentuknya sehiingga mendapatkan gaya perlawanan (udara) sekecil mungkin.
Kemudian dirancanglah bentuk (shape) sepeda motor dan kendaraan lain yg berkecepatan tinggi, dengan mengadopsi bentuk tetes air tsb. Dan aliran udara yang mengalir disekitar benda yang bergerak seperti tampak pada gambar berikut
Bentuk seperti ini adalah ketika dilihat dari atas, dan bentuk yang paling atas adalah yg paling baik. Hal ini karena bentuk tsb meniadakan turbulen di bagian belakang yang pada akhirnya akan mengurangi koefisien drag, Sedangkan bentuk dari sampingnya adalah seperti
Turbulen terjadi karena terjadi kekosongan udara dibagian belakang secara tiba-tiba, sehingga udara disekitar kendaraan akan tersedot untuk mengisinya, dan hal ini akan meningkatkan koefisien drag yang pada akhirnya menurunkan topspeed dan meningkatkan konsumsi bensin. Dengan bentuk yang meruncing dibelakan akan meminimalisasi turbulen, yang pada akhirnya akan meminimalkan koefisien drag. Perhatikan gambar berikut, terlihat pengaruh dari “buntut” yang meruncing terhadap koefisien drag.
Bentuk tetesan air ini sangat berpengaruh terhadap pencapaian topspeed yang maksimal, seperti yang diadopsi oleh motor2 kencang (mendekati 400mph = 700 kpj) berikut. Rekor terbaru Top1 : 376,156 mph.

KOEFISIEN AERODINAMIKA
Dalam Aerodinamika dikenal beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda dan lebih spesifik lagi pada mobil seperti dikemukakan oleh Djoeli Satrijo(1999;53).
“Tahanan Aerodinamika, gaya angkat aerodinamik (koefisien drag) , dan momen angguk aerodinamik memiliki pengaruh yang bermakna pada unjuk kendaraan pada kecepatan sedang dan tinggi. Peningkatan penekanan pada penghematan bahan bakar dan pada penghematan energi telah memacu keterkaitan baru dalam memperbaiki unjuk kerja aero dinamika pada jalan raya”.
Aerodinamika hanya berlaku pada kendaraan-kendaraan yang mencapai kecepatan diatas 80 km/ jam saja, seperti yang diterapkan pada mobil sedan, formula 1, moto gp. Untuk kendaraan-kendaraan yang kecepatannya dibawah 80 km/ jam aerodinamis tidak begitu diperhatikan. Pada kendaraan yang mempunyai kecepatan diatas 80 km/jam faktor aerodinamis digunakan untuk mengoptimalkan kecepatannya disamping menonjolkan performa mesin yang dimilikinya.
Adapun factor-faktor yang mempengaruhi Aerodinamika:
  • Temperature (suhu udara)
  • Tekanan udara
  • Kecepatan udara
  • Kerapatan / kepadatan udara
Untuk menentukan koefisien drag dan bilangan Reynolds, hal yang pertama harus kita ketahui adalah besar densitas udara dengan menggunakan persamaan:
Dari perhitungan diatas digunakan untuk menghitung Re dan Cd dengan menggunakan persamaan dibawah ini:

0 komentar:

Posting Komentar