BAB II DASAR TEORI 2.1 Definisi Fluida Dalam keseharian pada

BAB II
DASAR TEORI
2.1
Definisi Fluida
Dalam keseharian pada temperatur normal bentuk dari suatu bahan
umumnya terbagi menjadi tiga sifat, yaitu; zat padat, zat cair, dan zat gas,
walaupun ada pula yang mempunyai sifat ganda. Sebuah zat padat umumnya
mempunyai bentuk tertentu dan bila dilihat dari struktur molekulnya, zat
padat memiliki jarak antar molekul yang lebih rapat serta gaya kohesi antar
molekul yang lebih besar dibandingkan zat yang lainnya sehingga zat padat
tidak mudah berubah bentuk. Sedangkan zat cair dan
zat gas (yang
merupakan suatu jenis fluida) umumnya mempunyai bentuk ditetapkan oleh
tempatnya masing-masing (di mana wadah tersebut biasanya dibuat dari zat
padat) dan bila dilihat dari struktur molekulnya.
Dari pernyataan diatas bahwa fluida itu merupakan suatu zat yang
dapat dengan mudah berubah bentuk tergantung dari tempat fluida itu
berada.Viskositas merupakan suatu sifat fluida yang mendasari diberikannya
tahanan terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut.Fluida yang mengalir
didefinisikan sebagai fluida yang continuum, fluida dianggap sebagai
kumpulan molekul yang bergabung secara keseluruhan dan tidak dilihat atau
dianalisa
secara
molekul.(Ainul
Guhrri,2007).
Aliran
fulida
diklasifikasikan seperti yang terlihat pada gambar 2.1 dibawah ini:
Gambar 2.1 Klasifikasi aliran fluida
dapat
Dimana:
1. Fluida Vicous adalah fluida yang memiliki kekentalan.
2. Fluida inviscid adalah fluida dengan kekentalan samadengan nol.
3. Fluida compressible adalah fluida yang densitas/ kerapatannya bias
berubah-ubah.
4. Fluida incompressible adalah fluida yang perubahan kerapatannya
sangat kecil sehingga diabaikan dan dianggap tidak bias berubah
densitasnya.
2.2
Pola Aliran di Permukaan Body
Karena adanya efek viskositas dari udara maka akan menyebabkan
timbulnya boundry layer di sepanjang permukaan kendaraan sehingga timbul
gradient kecepatan pada permukaan kendaraan. Adanya gradient kecepatan
menyebabkan kecepatan aliran udara pada permukaan kendaraan sangat
bervariasi tergantung dari bentuk kendaraan.
2.3
Viscositas
Diantara semua sifat-sifat fluida, viscositas memerlukan perhatian
yang terbesar dalam telaah tentang aliran fluida.Sifat serta ciri -ciri viscositas
menyatakan bahwa untuk laju perubahan bentuk sudut fluida yang tertent u
maka tegangan gesar berbanding lurus dengan viscositas. Viscositas gas
meningkat dengan suhu, tetapicairan berkurang dengan naiknya suhu.
Perbedaandalam kecenderungan terhadap suhu tersebut dapat diterangkan
dengan
menyimak
penyebab-penyebab
viscositas.Tahanan
suatu
fluida
terhadap tegangan gesar tergantung pada ohesinya dan pada laju perpindahan
momentum molekularnya.Cairan, dengan dengan molekul -molekul yang jauh
lebih rapat daripada gas, mempunyai gaya-gaya kohesi yang jauh lebih besar
daripada gas.Kohesi nampaknya merupakan penyebab utama viscositas dalam
cairan; dank arena kohesi berkurang dengan naiknya suhu, maka demikian
pula viscositas.Sebaliknya, gas mempuanyai gaya-gaya kohesi yang sangat
kecil.Sebagian besar tahanannya terhadap tegangan geser m erupakan akibat
perpindahan momentum molecular. (Streeter,1996)
2.4
Boundary Layer
Aliran fluida sejati (real fluid) manapun selalu menunjukan adanya
suatu daerah yang alirannya terhambat.Daerah yang alirannya terhambat ini
disebut lapisan batas (boundary layer). Konsep lapisan batas ditemukan oleh
Ludwig Prandtl pada tahun 1904, Prandtl mengklasifikasikan aliran yang
melewati suatu kontur permukaan menjadi dua daerah, yaitu :
1. Daerah di dalam lapisan batas (dekat permukaan kontur) di mana
efek viskositas sangat berpengaruh (viscous flow). Daerah ini sering
disebut sebagai lapisan batas laminar (laminar boundry layer) adalah
suatu lapisan tipis yang berada di sebelah dari perbatasan benda.
Pada kawasan ini kecepatan aliran adalah nol pada dinding, dan
bertambah dengan cepatnya dalam perbandingan terhadap kecepatan
permukaan bebas. Dalam kawasan lapisan batas, distribusi kecepatan
sangat dipengaruhi oleh gaya geser.
2. Daerah di luar lapisan batas di mana efek viskositas diabaikan
(inviscid flow). Pada daerah ini pengaruh viskositas sangat kecil
sehingga cenderung diabaikan, gaya geseran dapat diabaikan bila
dibandingkan dengan gaya inersia (Zul Manalu,2012).
Gambar Boundary layer dapat dilihat seperti gambar 2.2 sebagai berikut ini:
Gambar 2.2 Boundary Layer
(Sumber :Anderson, 2005)
3. Reynold menggolongkan fluida bergerak menjadi 3 jenis aliran,
dimana batasan untuk ketiga tersebut ditentukan oleh “Bilangan
Reynold” .
Bilangan Reynold (Bilangan tak berdimensi)
Re =
ρVD
Dimana :
μ
……………………………………………………..……(2.1)
= Densitas fluida (kg/m 3 )
V = Kecepatan aliran (m/s)
D = Diameter tempat fluida mengalir (m)
= Viscositas dinamik fluida (kg/m.s)
Tipe aliran yang ada pada umumnya dibagi menjadi tiga, yaitu ;
a. Aliran laminar ( Re < 1800 )
Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan-lapisan, atau
lamina-lamina dengan satu lapisan bergerak secara lancer. Dalam aliran
laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecenderungan terjadinya
gerakan relatif antara lapisan.
b. Aliran turbulen ( Re > 2300 )
Aliran turbulen memiliki streamline yang berputar dan tidak beraturan.
c. Aliran transisi ( 1800 < Re > 2300 )
Aliran ini merupakan aliran peralihan dalam aliran laminar menjadi
aliran turbulen (Ainul Guhrri,2007).
2.5
Prinsip Dasar Aerodinamika
Pada dasarnya semua fenomena aerodinamis yang terjadi pada
kendaraan disebabkan adanya gerakan relatif dari udara di sepanjang bentuk
bodi kendaraan. Streamline adalah garis-garis yang dibuat sedemikian rupa di
dalam medan kecepatan sehingga setiap saat garis-garis tersebut akan searah
dengan aliran di setiap titik di dalam medan aliran tersebut. Dengan demikian
streamline itu akan membentuk pola aliran udara di sekeliling bodi
kendaraan. Streamline pada tempat yang jauh dari kendaraan akan sejajar dan
tidak terganggu (Gilang,2013).
Sedangkan streamline
disekitar kendaraan akan mempunyai pola
aliran yang sangat komplek dikarenakan bentuk kendaraan itu sendiri yang
komplek sehingga di sekeliling kendaraan akan terdapat daerah gangguan
aliran udara. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa gerakan dari partikel
yang terletak jauh dari kendaraan akan memiliki kecepatan relatif yang sama
dengan kecepatan kendaraan. Sedangkan pada daerah gangguan di sekeliling
kendaraan, maka kecepatan relatif dari partikel sangat bervariasi, lebih besar
atau lebih kecil dari kecepatan aktual kendaraan (Atmika & Lokantara, 2010)
Salah
satu
aspek
dalam
perancangan
bodi
kendaraan
adalah
aerodinamika. Ketika objek bergerak melalui udara, terdapat gaya yang
dihasilkan oleh gerakan relatif anatara udara dan
permukaan bodi. Studi
tentang gaya-gaya yang dihasilkan oleh udara disebut aerodinamika.
Secara umum penyebab utama dari timbulnya gaya-gaya aerodinamis pada
kendaraan adalah :
1. Adanya distribusi tekanan pada permukaan bodi kendaraan yang akan
bekerja pada arah normal terhadap permukaan kendaraan.
2. Adanya distribusi tegangan geser pada permukaan bodi kendaraan yang
akan bekerja pada arah tangensial terhadap permukaan kendaraan.
Apabila distribusi tekanan dan tegangan tersebut diintegralkan maka
akan dihasilkan gaya-gaya antara lain gaya angkat (Lift force), gaya hambat
aerodinamis (Drag force), gaya samping aerodinamis (Side force), dan gaya
akibat pusaran udara (Turbulence force). Keempat gaya tersebut saling
berkaitan satu dengan yang lainnya dalam menciptakan gaya aerodinamis dan
sangat dipengaruhi oleh bentuk bodi kendaraan (Soejono,2005).
2.6
Gaya dan Momen Aerodinamis
Gaya aerodinamis dapat dinyatakan sebagai akibat aliran udara pada
suatu permukaan dari suatu benda yang bersumber dari distribusi tekanan
pada permukaan dan tegangan geser pada permukaan.
Seperti pada gambar
2.3 dibawah ini menjelaskan pada setiap titik
mengalami perbedaan tekanan yang berbeda tergantung letak titik -titik
tersebut.
Gambar 2.3 Gaya-gaya Penyebab Gaya Aerodinamis
(Sumber :Anderson, 2005)
Perbedaan ini mengakibatkan terjadinya distribusi tekanan yang
berbeda-beda pada permukaan sehingga mengakibatkan timbulnya gaya, yang
dinamakan gaya aerodinamis.
Kemajuan
dibidang
otomotif
dimana
kecepatan kendaraan yang semakin tinggi dapat menimbulkan masalah dalam
hal stabilitas dan responsif kendaraan. Semakin cepat kendaraan melaju
semakin sulit kendaraan dikendalikan, salah satu cara untuk mengendalikan
stabilitas
dan
meningkatkan
respon
kendaraan
adalah
dengan
cara
memperkecil lift force/gaya angkat yang terjadi (Anderson,2005). Dapat
dilihat pada gambar 2.4 sebagai berikut:
Gambar 2.4 Gaya dan momen aerodinamik pada kendaraan
(Sumber :Anderson, 2005)
Secara umum dimana arah kecepatan relatif angin terhadap kendaraan
tidak selalu bisa sejajar dengan sumbu longitudinal kendaraan, maka akan
terjadi tiga gaya aerodinamik pada kendaraan. Gambar 2.4 memperlihatkan
gaya-gaya dan momen aerodinamis
yang terjadi. Adapun
gaya -gaya
aerodinamis yang dimaksud adalah :
2.6.1 Gaya hambat (drag) aerodinamis
Gaya hambat adalah gaya yang bekerja dalam arah horizontal (paralel
terhadap aliran) dan berlawanan arah dengan arah gerak maju kendaraan.
Gaya hambat total terdiri dari beberapa jenis gaya hambat yaitu :
a. Hambatan bentuk
Gaya hambat yang disebabkan oleh adanya gradient tekanan ( pressure
drag) dan adanya gesekan (fraction drag). Bentuk bodi kendaraan yang
kompleks menyebabkan terjadinya distribusi tekanan di sepanjang permukaan
kendaraan tersebut. Selain itu karena aliran udara bersifat viscous maka
timbul tekanan geser di sepanjang permukaan kendaraan.
b. Hambatan pusaran
Karena adanya perbedaan tekanan antara bagian atas dan bagian bawah
kendaraan, menyebabkan timbulnya gerakan aliran udara dari permukaan
bawah menuju permukaan atas kendaraan yang berupa pusaran ( vortex).
Timbulnya vortex pada kendaraan juga akan menghambat gerak laju
kendaraan yang disebabkan adanya pengaruh gaya angkat vertikal pada bodi
mobil yang sedang bergerak secara horizontal.
c. Hambatan tonjolan
Gaya hambat yang disebabkan oleh adanya tonjolan profil tertentu
pada bagian permukaan bodi kendaraan seperti kaca spion, pintu, antenna dan
aksesori lainnya.
d. Hambatan aliran dalam
Gaya hambat oleh aliran udara yang mengalir melaui sistem pendingin
mesin yaitu radiator.Pada kenyatannya hanya hambatan bentuk dan hambatan
pusar yang paling besar pengaruhnya terhadap gaya hambat secara
keseluruhan. Gaya hambat tersebut sebagai fungsi dari kecepatann kuadrat.
Secara umum perumusan gaya hambat angin adalah :
1
F D = . C D .ρ .V a . A f…… ……………………………………………………………………… (2.2)
2
Dimana :
CD
= koefisien gaya hambat
Af
= luas frontal kendraan (m 2 )
ρ
= density udara (kg/m 3 )
Va
= kecepatan relatif angin kendaraan (m/dt)
2.6.2 Gaya Angkat (Lift Force)
Perbedaan bentuk antara permukaan atas dan bagian bawah kendaraan
menyebabkan aliran udara di atas permukaan lebih cepat dibandingkan
dengan aliran udara di bagian bawah permukaan, sehingga tekanan udara di
bagian atas kendraan lebih rendah dari tekanan di permukaan bawah.
Faktor lain adalah kekasaran bagian permukaan bawah mobil yang
disebabkan oleh profil mesin dan komponen lain yang memperlambat aliran
udara di bawah sehingga memperbesar tekanan aliran permukaan bawah.
Karena itu tekanan yang bekerja pada bagian bawah mobil secara umum lebih
besar dari tekanan
yang bekerja pada bagian atas mobil sehingga
menimbulkan terbentuknya gaya angkat karena adanya desakan aliran udara
dari permukaan bawah ke permukaan atas kendaraan.
Gaya lift secara total dirumuskan sebagai berikut :
1
F L = . 𝐶 L .ρ.V a 2 . A f……………………………………....................(2.3)
2
dimana : C L = koefisien gaya angkat
2.6.3 Gaya samping
Jika kendaraan bergerak dalam udara yang diam (tidak ada angin) atau
ada gerakan angin yang sejajar dengan arah gerak kendaraan maka tidak akan
timbul gaya samping, karena kesimetrisan aliran udara pada bagian samping
kendaraan sehimgga tekanan pada bagian samping kendaraan sama. Tetapi
pada kenyataannya jarang sekali dijumpai aliran angin yang sejajar dengan
arah gerak kendaraan.Biasanya arah serangan angin tidak sejajar terhadap
arah gerak mobil sehingga membentuk sudut tertentu (β) terhadap lintasan
kendaraan.
Gaya samping bekerja dalam arah horizontal dan transversal sehingga
bersifat mendorong kendaraan kesamping. Gaya samping juga terjadi pada
kondisi kendaraan berbelok, gaya samping dapat dapat dirumuskan sebagai
berikut :
Fs=
1
2
. C s .ρ .V a 2 .A f .β a ......................................................................(2.4)
dimana : C s = koefisien gaya samping
βa
= sudut serang angin
Gaya aerodinamis total yang dihasilkan oleh aliran udara relatif yang
melingkupi bodi kendaraan pada hakekatnya bekerja pada suatu titik yang
disebut centre of pressure (CP). Selama resultan gaya aerodinamis bekerja
pada titik centre of pressure maka tidak akan menimbulkan momen.
Sedangkan
pada
titik
lain
dari
kendaraan
gaya
aerodinamis
akan
menghasilkan momen aerodinamis yang merupakan perkalian dari harga gaya
aerodinamis dan jarak titik yang ditinjau(Frank M. White, 1986).
1. Momen guling (rolling) aerodinamik
Momen rolling aerodinamik (M R ) adalah momen terhadap sumbu X
pada
kendaraan
yang
disebabkan
oleh
gaya-gaya
aerodinamik
yang
mempunyai lengan terhadap sumbu X. Jika posisi CP terhadap CG
mempunyai komponen jarak Xp, Yp, Zp kea rah sumbu X, Y, Z pada
kendaraan, maka momen rolling besarnya sebagai berikut :
M R = F L . Y P – F S .Z P ..............................................................(2.5)
2. Momen angguk (pitching) aerodinamik
Momen
pitching
aerodinamik
(M P )
adalah
momen
oleh
gaya
aerodinamik terhadap sumbu Y dari kendaraan. Dengan memperhatikan posisi
CG dan CP maka momen pitching aerodinamik dapat dirumuskan sebagai
berikut :
M P = F D .ZP – F L .X p ……………………………………………….(2.6)
3. Momen putar (yawing) aerodinamik
Momen yawing aerodinamik (M Y ) adalah momen yang diakibatkan
oleh gaya aerodinamik terhadap sumbu Z kendaraan melalui titik CG. Dengan
menggunakan komponen jarak dari CP terhadap CG, maka momen yawing
aerodinamik dapat dirumuskan sebagai berikut :
M Y = F S .X P – F D .Yp……………………………………………..(2.7)
2.7
Persamaan Kontinuitas
Pada aliran tunak, kecepatan aliran partikel fluida di suatu titik sama
dengan kecepatan aliran partikel fluida lain yang melewati titik itu. Aliran
fluida juga tidak saling berpotongan (garis arusnya sejajar). Karenanya massa
fluida yang masuk ke salah satu ujung pipa harus sama dengan massa fluida
yang keluar di ujung lainnya. Jika fluida memiliki massa tertentu masuk pada
pipa yang diameternya besar, maka fluida tersebut akan keluar pada pipa
yang diameternya kecil dengan massa yang tetap. Kita tinjau ba gian pipa
yang diameternya besar dan bagian pipa yang diameternya kecil. Persamaan
kontinuitas berlaku untuk :
1. Untuk semua fluida (gas atau cairan).
2. Untuk semua jenis aliran (laminer atau turbulen).
3. Untuk semua keadaan (steady dan unsteady)
4. Dengan atau tanpa adanya reaksi kimia di dalam aliran tersebut .
Aliran fluida pada sebuah pipa yang mempunyai diameter berbeda,
seperti tampak pada gambar di bawah:
Gambar 2.5 Persamaan Kontinuitas
Gambar ini menujukan aliran fluida dari kiri ke kanan (fluida mengalir
dari pipa yang diameternya besar menuju diameter yang kecil). Garis putus putus merupakan garis arus.
Keterangan gambar :
A 1 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter besar,
A 2 =luas penampang bagian pipa yang berdiameter kecil,
V 1 = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter besar,
V 2 = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter kecil,
L = jarak tempuh fluida.
2.7.1 Persamaan Kontinitas untuk fluida tak termampatkan
Pertamana-tama tinjau kasus untuk fluida tak termampatkan. Pada
fluida tak termampatkan (incompressible), kerapatan alias massa jenis fluida
tersebut selalu sama disetiap titik yang dilaluinya. Massa fluida yang
mengalir dalam pipa yang memiliki luas penampang A1 (diameter pipa yang
besar) selama selang waktu tertentu adalah
m 1 = 𝜌V 1 (𝜌 = m/v)………………………………………………..(2.8)
m 1 = 𝜌A 1 V 1 t……………………………………………………….(2.9)
Demikian juga, massa fluida yang mengalir dalam pipa yang memiliki
luas penampang A 2 (diameter pipa yang kecil ) selama selang waktu tertentu
adalah:
m 1 = 𝜌V 1 (𝜌 = m/v)………………………………………..…(2.10)
m 1 = 𝜌A 1 V 1 t………………………………………………..(2.11)
Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama
dengan fluida yang keluar, maka
m 1 = m 2 ………………………………………………….………(2.12)
𝜌A 1 V 1 t = 𝜌A 2 V 2 t………………………………………….………(2.13)
A 1 V 1 = A 1 V 1 ………………………………………….………(2.14)
Catatan : massa jenis fluida dan selang waktu sama senhingga dilenyapkan
A 1 V 1 = A 1 V 1 ……………………………………….………(2.15)
Dimana:
A 1 = luas penampang 1,
V 1 = laju aliran fluida pada penampang 1
A 2 = luas penampang 2,
V 2 = laju aliran fluida pada penampang 2
2.7.2 Persamaan Kontinuitas untuk Fluida Termampatkan
Untuk kasus fluida yang termampatkan alias compressible, massa jenis
fluida tidak selalu sama. Dengan kata lain, massa jenis fluida berubah ketika
dimampatkan. Kalau pada fluida Tak termampatkan massa jenis fluida
tersebut kita lenyapkan dari persamaan, maka pada kasus ini massa jenis
fluida tetap disertakan. Dengan berpedoman pada persamaan yang telah
diturunkan
sebelumnya,
mari
kita
turunkan
persamaan
untuk
fluida
termampatkan. Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang
masuk sama dengan massa fluida yang keluar, maka :
m 1 = m 2 ………………………………………………….………(2.16)
𝜌A 1 V 1 t = 𝜌A 2 V 2 t………………………………………….………(2.17)
Selang waktu (t) aliran fluida sama sehingga bisa kita lenyapkan,
persamaan berubah menjadi :
𝜌A 1 V 1 = 𝜌A 2 V 2 ………………………………….………(2.18)
Ini adalah persamaan untuk kasus fluida termampatkan. Bedanya
hanya terletak pada massa jenis fluida. Apabila fluida termampatkan, maka
massa jenisnya berubah. Sebaliknya, apabila fluida tak termampatkan, massa
jenisnya selalu sama sehingga bisa kita lenyapkan. Untuk lebih memahami
hubungan antara massa jenis dan fluida termampatkan/tak-termampatkan.
2.8
Wind Tunnel
Sebuah
terowongan
angin
(wind
tunnel)
adalah
alat
yang
dikembangkan untuk membantu penelitian dengan mempelajari efek udara
bergerak di sekitar benda padat. Udara dihembuskan melalui saluran yang
dilengkapi port dan instrumentasi dimana model alat atau bentuk-bentuk
geometris sudah terpasang untuk diuji dan dipelajari. Berbagai teknik
kemudian digunakan untuk mengetahui aliran yang sebenarnya di sekitar
model dan membandingkannya dengan hasil teoritis (Anderson,2005) . Ada
dua tipe dasar wind tunnel.
Pertama, disebut tipe open-circuit seperti gambar 2.5 dibawah ini :
Gambar 2.6 open- circuit tunnel
Sumber : (Anderson,2005)
Secara garis besarnya ada lima bagian utama seperti gambar diatas
yaitu dibagian paling depan
setting chamber
yang berfungsi untuk
menyeragamkan aliran udara, lalu udara masuk melalui contraction cone yang
berfungsi untuk mengambil udara yang memliki kecepatan rendah bervolume
besar dan menguranginya menjadi udara yang memiliki kecepatan tinggi
bervolume kecil, setelah melalui contraction cone udara menuju test section
yang berfungsi sebagai tempat untuk menempatkan benda yang akan kita uji,
dan udara keluar melalui diffuser yang berfungsi untuk memperlambat laju
udara yang keluar, sedangkan drive section berfungsi untuk menyediakan
gaya yang dapat menyebabkan udara bergerak melewati terowongan.
Pada gambar 2.3 jenis wind tunnel ini tidak memiliki pengarah balik
udaranya, setelah udara meninggalkan diffuser, udara tersebut terlepas
langsung ke udara bebas. Apabila tunnel mengambil udara langsung dari
atmosfer, maka udara yang diambil adalah udara segar yang baru
(Anderson,2005).
Tipe kedua disebut closed-circuit atau return-flow sesuai dengan nama yang
terakhir, udara yang keluar dari diffuser diarahkan kembali untuk masuk ke
entrance cone.
Dapat dilihat seperti gambar 2.6 dibawah ini :
Gambar 2.7 close-circuit tunnel
Sumber : (Anderson,2005)
2.8.1 Klasifikasi Wind Tunnel
Wind tunnel diklasifikasikan berdasarkan kecepatan udara yang
dihsilkan dari terowongan udara itu sendiri. Terdapat empat jenis wind tunnel
berdasarkan klasifikasi tersebut. Subsonic wind tunnel digunakan pada
operasi bilangan Mach yang sangat rendah, dengan kecepatan di test section
(seksi uji) sampai dengan 400 km/jam ( M = 0,3). Tipe ini adalah open-circuit
tunnel atau close-circuit tunnel. Udaranya bergerak dengan sistem penggerak
yang terbuat dari kipas aksial yang dapat meningkatkan tekanan dinamik
untuk
mengatasi
kerugian
viskositas.High
subsonic
wind
tunnel
(0,4<M<0,75) atau Transonic wind tunnel (0,75<M<1,2) didesain dengan
prinsip yang sama dengan subsonic wind tunnel. Kecepatan tertinggi dicapai
pada test section (seksi uji). Supersonic wind tunnel adalah wind tunnel yang
dapat menghasilkan kecepatan supersonik (1,2<M<5). Hypersonic wind
tunnel didesain untuk menghasilkan aliran dengan kecepatan hypersonic
(5<M<15) di seksi uji (Anderson,2005).
2.8.2 Kecepatan Udara Pada Wind Tunnel
Kecepatan udara pada wind tunnel dapat dicari dengan menggunakan
alat inclined manometer. Inclined manometer menggunakan minyak sebagai
penggukuran dan mencari perbedaan tinggi Untuk mencari kecepatan fluida
di dalam pipa didapat dari penggunaan rumus Bernoulli, berdasark an
perbedaan tekanan stagnasi P o dengan tekanan statis P s .
Dapat dilihat Pengukuran Tekanan Dinamis pada gambar 2.7 sebagai berikut:
V udara
P0
Ps
h
minyak
Gambar 2.8 Pengukuran Kecepatan Udara
Untuk memperluas kecepatan aliran fluida didalam pipa (saluran)
sebagaimana pada gambar, maka:
Rumus perbedaan tekanan; P =
P0
minyak
. g. ∆h
PV
+
…………………..….......………(2.19)
ρUdara. g ρUdara. g ρUdara. g
=
Ps
Dimana :
PV
ρUdara. g
=
V2
2g
…………………………….………(2.20)
Maka:
PV
Po −Ps
=
………………………………….………(2.21)
ρUdara. g ρUdara. g
V2
Po −Ps
……………………….……………….………(2.22)
2g ρudara. g
=
V2
∆P
……………………………………….………(2.23)
2g ρudara. g
=
V2 ρminyak .g .∆h
=
…………………….…………….………(2.24)
2g
ρudara . g
V2 ρminyak .∆h
=
…………………………………….………(2.25)
2g
ρudara
2.g.∆h.ρminyak
V=√
……………………..........………….……..(2.30)
ρudara
Dimana :
P0
ρg
Ps
ρg
PV
ρg
h
= tekanan total (N/m 2 )
= tekanan statis (N/m 2 )
=
V2
2g
= tekanan dinamis (N/m 2 )
= tinggi volume fluida pada inclined Manometer (meter)
= V udara sin 15 0