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 atau 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 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

yang terjadi pada kapal dan layar, di bidang teknik sipil seperti

dalam desain jembatan dan bangunan lainnya.

Berasal dari bahasa inggris 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 missile), roket, kapal laut dan

kendaraan bermotor.

PENDIDIKAN TEKNIK 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 sebagai 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

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

2

Bab ini berisikan berbagai uraian tentang pengertian

aerodinamika, hukum-hukum yang mendasari aerodinamika, gaya-

gaya pada aerodinamika, dan aplikasi aerodinamika.

1.4.3. BAB 3 : PENUTUP

Bab ini berisikan kesimpulan dari uraian BAB II dan

beberapa saran terkait dengan pembuatan makalah.

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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.

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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 = m x a

Keterangan:

F : Gaya (N)

m : massa (kg atau g)

a : percepatan (m/s2 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

Bekerja pada benda yang berlainan

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

6

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 (F1 – F2) pada

pesawat, seperti ditunjukan pada gambar berikut.

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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     (m2)

ρ : Massa jenis fluida udara     (kg/m3)

Pesawat tebang terangkat keatas jika : F 1 – F2 > Wpesawat

Untuk pesawat dengan ketinggian tetap :  F1 – F2 = W pesawat

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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.

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

9

Gambar ini menunjukan Detail dari Aliran Viscous di sekitar 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),

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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.

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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.

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

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/

applications.aspx diakses tanggal 30 April 2012 pukul 18.00

http://www.spaansbabcock.com/products_en_applications/screw_pumps/

advantages_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

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN/FKIP/UNS/2012

17