Analisis Gaya Drag pada Sepeda

Analisis Gaya Drag pada Sepeda
Latar belakang
Pada karya tulis ini saya ingin mengetahui gaya aerodinamik pada sebuah design
sepeda. Pada sebuah sepeda yang bergerak akan ada gaya aerodinamik yaitu drag force. Gaya
ini akan semakin dominan saat sepeda bergerak dengan kecepatan tinggi sehingga pengguna
sepeda harus memberikan energi lebih. Oleh sebab itu drag force merupakan salah satu aspek
penting yang diperhitungkan saat mendesain sebuah sepeda.
Tujuan penulisan
Tujuan dari penulisan ini adalah untuk mengetahui drag coeficient sebagai fungsi
kecepatan dari sebuah desain sepeda.
Batasan masalah
Pada kasus ini kita hanya akan menghitung gaya drag pada sebuah design sepeda. Gaya
aerodinamik lain seperti lift force (gaya angkat) dalam kasus kali ini saya abaikan.
Analaisa Awal
Pada sebuah benda yang melaju akan ada gaya aerodinamik salah satunya adalah gaya
drag. Gaya ini berasal dari tekanan frontal dan shear dari aliran udara saat sepeda bergerak.
Pada benda dengan bentuk yang streamline gaya shearnya akan lebih dominan daripada
tekanan frontalnya.
Saat kita mengendarai sepeda akan terasa ada aliran udara yang mengarah terbalik dari
arah gerak sepeda. Pada kenyataannya udara tidak bergerak, tapi sepedanya yang bergerak. Hal
ini karena pada kenyataannya sepeda bergerak relatif terhadap udara. Jika kita melihat bahwa
udara bergerak relaif terhadap sepeda maka besarnya sama hanya saja arahnya kecepatannya
terbalik.
Gaya drag juga dipengaruhi oleh bilangan Reynold. Saat bilangan reynoldsnya rendah
aliran udaranya akan berbentuk laminar, namun saat bilangan reynoldnya tinggi maka aliran
udaranya akan turbulen. Pada aliran turbulen akan terbentuk wake region
Analisa perhitungan
Gaya yang berkerja pada benda:
Thrust
: Diberikan oleh pengguna pada sepeda sehingga bergerak
Friction
ban-jalan
: Friction antara ban sepeda dengan jalan tempat sepeda melaju
Lift force
: Gaya yang disebabkan oleh perbedaan tekanan pada bagian atas dan
bawah benda
Drag
: Gaya hambat udara yang disebabkan shear stress
* Pada kasus kali ini friction antara ban dengan jalan serta lift force diabaikan
Drag force disebabkan oleh shear stress yang besarnya
 =  . du/dy
 = . /U
`
= dFd / dA
keterangan:
Fd = drag force
= shear stress
= absolute viscosity dari udara ()
U = kecepatan gerak sepeda
A = Area benda
= Jarak benda-boundary layer (fungsi dari reynold number, lokasi, dan geometry
benda)
Dari perhitungan diatas dikarenakan bentuk benda yang kompleks, sehingga jika dilakukan
perhitungan manual akan sangat susah dan memakan waktu lama, maka perhitungan akan
dilakukan dengan simulasi.
Simulasi
Analisis untuk mencari drag coefficient dari sepeda ini dilakukan dengan menggunakan
program CFD dari Autodesk. Hal ini dikarenakan oleh bentuk sepeda yang cukup kompleks
sehingga akan memerlukan waktu yang lama bila dihitung manual.
Sementara ini pada Simulasi selalu mengalami error, karena program yang saya gunakan tidak
kuat. Sehingga analisis belum dapat dilakukan.