PKM Kelompok 8 eksfis2
-
Upload
unie-lhina -
Category
Documents
-
view
121 -
download
3
Transcript of PKM Kelompok 8 eksfis2
USULAN PROGRAM KREATIFITAS MAHASISWA
EKSPERIMEN PADA TEROWONGAN ANGIN / WIND TUNNEL
BIDANG KEGIATAN
PKM-GT
Diusulkan oleh :
Handi Pandriantama 1209703013 (2009)
Yuni Karlina 1209703046 (2009)
Norman Swarzkop R 1209703029 (2009)
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG
BANDUNG
2011
HALAMAN PENGESAHAN USUL
PKM-GT
1. Judul Kegiatan : EKSPERIMEN PADA TEROWONGAN ANGIN2. Bidang Kegiatan : ( ) PKM-P ( ) PKM-K
(√)PKM-GT ( )PKM-M3. Bidamg Ilmu : ( ) Kesehatan ( ) Pertanian
( ) MIPA (√) Teknologi dan Rekayasa ( ) Sosial Ekonomi ( ) Humaniora
4. Ketua Pelaksana Kegiatana. Nama : Handi Pandriantamab. NIM : 1209703013c. Jurusan : Fisikad. Universitas / Institut / politeknik : UIN Sunan Gunung Djati Bandunge. Alamat Rumah dan NO telp./HP :f. Alamat Email : [email protected]
5. Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis : 2 Orang6. Dosen Pendamping
a. Nama Lengkap dan Gelar : Bebeh Wahid Nuryadin M,sib. NIP :c. Alamat Rumah NO telp./HP :
7. Biaya kegiatan Total :8. Jangka Waktu Pelaksanaan :
Bandung, Februari 2011MenyetujuiDosen pendamping Ketua Pelaksana Kegiatan
(Bebeh Wahid nuryadin M,si) (Handi Pandriantama)NIP. NIM. 1209703013
A. JUDUL PROGRAM
“EKSPERIMEN PADA TEROWONGAN ANGIN/ WIND TUNNEL”
B. LATAR BELAKANG MASALAHPerkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini cukup pesat. Termasuk dibidang
aerodinamika, khususnya terowongan angin. Terowongan angin pertama kali dibuat pada
tahun 1871 oleh Francis Wenham dan John Browning dari Inggris, berdasarkan keinginan
untuk simulasi penerbangan dalam atmosfir. Hingga saat ini terowongan angin mengalami
perkembangan yang sangat pesat dengan berbagai jenis sesuai dengan kebutuhan. Menurut
bentuk terowongan angin ada dua jenis yang cukup dikenal, yaitu saluran terbuka (open
circuit) dan saluran tertutup (closed circuit)[1].
Terowongan Angin adalah suatu alat untuk melakukan studi dan penelitian mengenai
interaksi antara gerakan udara dengan benda-benda yang ada di dalam aliran udara. Di
dalam terowongan angin diperlihatkan bagaimana aliran udara terbentuk akibat adanya
benda-benda, di pihak lain ditunjukan pengaruh aliran tersebut terhadap benda, yaitu berupa
gaya-gaya udaraseperti tekanan, gaya angkat dan momen-momen [1].
Untuk membangun sebuah terowongan angin dibutuhkan biaya yang tidak sedikit, tetapi
kita dapat membuat terowongan udara yang sederhana dan melakukan uji kemampuan atau
simulasi pada model pesawat dan airfoil contohnya pada sayap dengan bahan-bahan
sederhana dan mudah didapatkan.
C. PERUMUSAN MASALAH
Permasalahan yang akan dikaji pada program ini adalah:
1. Bagaimana menerapkan konsep fisika pada terowongan angin untuk membuat suatu alat
yang digunakan untuk mempelajari aerodinamika atau aliran udara yang melalui
permukaan suatu objek.
2. Bagaimana memanfaatkan bentuk energi angin untuk mengetahui hubungan antara daya
angkat pada pesawat mainan dan jarak terbangnya.
3. Bagaimana teknik perancangan dan pembuatan alat terowongan udara yang sederhana
dan melakukan uji kemampuan pada model pesawat dan airfoil contohnya pada sayap
dengan tahapan dan prosedur yang tepat.
4. Bagaimana menganalisa mengenai kemungkinan alat ini diaplikasikan pada eksperimen
fisika lanjut.
D. TUJUAN
Tujuan pembuatan alat ini adalah sebagai berikut :
1. Menerapkan konsep fisika pada terowongan angin untuk membuat suatu alat yang
digunakan untuk mempelajari aerodinamika (aliran udara yang melalui permukaan)
objek.
2. Memanfaatkan bentuk energi angin untuk mengetahui hubungan antara daya angkat
pada pesawat mainan dan jarak terbangnya.
3. Menganalisa teknik perancangan dan proses pembuatan alat terowongan udara yang
sederhana dan melakukan uji kemampuan pada model pesawat dan airfoil (contohnya
sayap) dengan tahapan dan prosedur yang tepat.
4. Menganalisa mengenai kemungkinan alat ini diaplikasikan pada eksperimen fisika
lanjut.
E. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Hasil yang diharapkan pada rancangan alat eksperimen dalam terowongan angin ini
adalah untuk mengetahui hubungan antara daya angkat pada pesawat mainan dan jarak
terbangnya. Dan untuk pengajuan alat eksperimen yang dapat digunakan dalam mata kuliah
eksperimen fisika 2.
F. KEGUNAANKegunaan pada alat ini yaitu untuk menguji dan mensimulasi daya angkat pesawat
terbang kertas dan model pesawat lainnya. dan menghubungkan hasil data terowongan angin
ke dalam data terowongan angin yang sebenarnya ketika menggunakan pesawat sungguhan.
G. TINJAUAN PUSTAKA
Kata kunci : Terowongan angin, Prinsip Bernoulli, Hukum Bernoulli
Terowongan Angin
Terowongan Angin adalah suatu alat untuk melakukan studi dan penelitian mengenai
interaksi antara gerakan udara dengan benda-benda yang ada di dalam aliran udara. Di dalam
terowongan angin diperlihatkan bagaimana aliran udara terbentuk akibat adanya benda-benda,
di pihak lain ditunjukan pengaruh aliran tersebut terhadap benda, yaitu berupa gaya-gaya udara
seperti, tekanan, gaya angkat dan momen-momen [1].
Salah satu syarat yang penting dalam melakukan percobaan-percobaan dalam pengukuran
aliran udara pada instalasi terowongan angin, adalah mengetahui dengan cermat distribusi
kecepatan udara dan arah aliran udara didalam seksi uji. Suatu aliran udara yang terbagi secara
uniform dan arah aliran yang lurus serta aliran yang stasioner merupakan kondisi yang
dikehendaki. Kondisi ini dapat diketahui dengan mengadakan pengukuran-pengukuran pada
berbagai lokasi, dengan menggunakan perlengkapan-perlengkapan instalasi terowongan angin
yang tersedia [1].
Berdasarkan fenomena alam maka terowongan angin dapat di bagi 3, yaitu :
1. Terowongan Angin Subsonik < 0,14 Mach
2. Terowongan Angin Transonik 0,8 s/d 1.2 Mach
3. Terowongan Angin Supersonik 1.2 – 4 Mach
Gambar 1. Macam-macam jenis terowongan angin [1].
Suatu benda yang mempunyai gerakan relatif terhadap udara sekitarnya, akan mengalami
gaya-gaya udara. Komponen gaya udara dalam arah aliran udara dinamakan tahanan. Akibat
adanya benda ini, karakteristik aliran udara dimuka dan di belakang benda tidak serupa.
Perbedaan momentum ini berkaitan dengan gaya-gaya udara yang terjadi. Aliran udara disekitar
suatu benda memiliki arah dan kecepatan yang berubah. Bila diikuti streamline, maka
perubahan kecepatan akan berkaitan dengan perubahan tekanan, sesuai dengan persamaan
energy Bernoulli [1].
Setiap benda yang berada di dalam aliran udara akan mengalami gaya-gaya udara. Gaya-
gaya udara ini biasanya dibagi menjadi dua komponen, yaitu komponen yang bekerja tegak
lurus terhadap aliran udara dinamakan gaya angkat (lift), dan komponen yang bekerja
berlawanan dengan aliran udara dinamakan tahanan (drag). Di dalam suatu aliran yang
berkecepatan lebih rendah dari kecepatan perambatan suara, maka tahanan yang terjadi timbul
karena dua hal, yaitu tahanan gesek dan tahanan tekanan [1].
Prinsip Bernoulli
Ilmuwan matematika Swiss Daniel Bernoulli (1700-11782) terkenal menemukan teori
bahwa ketika kecepatan zat cair atau gas bertambah, tekanannya berkurang. Teori ini dikenal
sebagai prinsip Bernoulli, dan merupakan dasar pengetahuan dari penerbangan pesawat terbang.
Sayap pesawat terbang modern dibulatkan bagian atasnya. Hal ini menambah jarak dorongon
udara yang bergerak relatif terhadap bagian pinggir yang lebih rendah dari sayap. Udara
bergerak lebih cepat melewati bagian atas sayap daripada bagian bawahnya, sehingga tekanan
lebih rendah pada bagian atas sayap. Tekanan udara yang lebih besar dari bawah menyebabkan
gaya ke atas yang disebut gaya angkat, yang mengangkat sayap, dan pesawat [2].
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan
bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan
penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari
Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu
aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama.
Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli[3].
Hukum Bernoulli
Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk
persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible
flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).
Aliran Tak-termampatkan
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya
besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-
termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli
untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
………………………………………………...(1)
di mana:
v = kecepatan fluida
g = percepatan gravitasi bumi
h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi
p = tekanan fluida
ρ = densitas fluida
Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai
berikut:
Aliran bersifat tunak (steady state)
Tidak terdapat gesekan (inviscid)
Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:
…………………………………....(2)
Aliran Termampatkan
Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan
massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah:
udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:
………………………………………………………....(3)
di mana:
= energi potensial gravitasi per satuan massa; jika gravitasi konstan maka
= entalpi fluida per satuan massa
Catatan: , di mana adalah energi termodinamika per satuan massa, juga
disebut sebagai energi internal spesifik [3].
H. METODE PELAKSANAANGambaran umum tentang pelaksanaan kegiatan disajikan dalam bentuk diagram alir
berikut.
Flowchart.1 Gambaran Umum Pelaksaaan Kegiatan
Ide: Eksperimen pada Terowongan Angin
Gambaran dan Prinsip Kerja Alat
Penentuan Model dan Spesifikasi Alat
Studi literature : tinjauan pustaka, rumusan masalah
Perencanaan : Rencana Kegiatan dan TeknikPerancangan
Persiapan Alat dan Bahan : Pengadaan barang
Pembuatan Alat: Perakitan, Pemasangan, Instalasi
Evaluasi: pengujian, perbaikan, penyempurnaan.
Analisa : instalasi, operasional, efisiensi, efektifitas, dan kesiapan
alat untuk digunakan
Laporan
Hasil Program
Ide:
Eksperimen pada Terowongan Angin. Perumusan ide berguna untuk membatasi
permasalahan yang akan dikaji pada program ini.
Studi Literatur
Studi Literatur dilakukan untuk mendapatkan wawasan umum berhubungan dengan alat
yang akan dibuat, dasar teori yang digunakan dan mengetahui penelitian–penelitian yang
sebelumnya telah dilakukan. Studi Literatur juga berguna untuk mempelajari mengenai
prosedur perancangan yang tepat. Sumber litertur antara lain buku, jurnal, dan internet.
Gambaran dan Prinsip Kerja Alat
Alat ini dinamakan eksperimen pada terowongan angin, prinsip kerja alat ini
berdasarkan Prinsip kerja didasarkan pada kontinuitas dan persamaan Bernoulli
Prosedur dan prinsip perangkaian dan penggunaan alat ini yaitu sebagai berikut :
a. Buat kerangka luar terowongan angin dari kotak kardus, Tandai garis potongan pada
kardus dengan pensil pertama kali, potong bagian luar menggunakan cutter. Kedua
ujung kotak harus terbuka. Bagi kotak dalam dua ruang yang tidak sama besar
dengan menutupinya dengan penyaring penyejuk udara, tahan dengan isolasi pipa,
kurang lebih 1/3 dari ujung yang satu. kegunaan penyaring adalah untuk meluruskan
aliran udara yang keluar. Buat jendela di satu sisi dari ruang yang lebih besar, 2cm
dari pinggiran-pinggirannya. Masukkan selembar plastik bening dalam pinggiran
untuk menjadikannya seperti kaca jendela, dan rekatkan dengan isolasi.
b. Tempatkan kipas angin dalam ruangan yang kecil sehingga udara berhembus melalui
penyaring ke dalam ruang yang lebih besar.
c. Buat berbagai macam bentuk sayap dalam pengujian bentuk, gunakan kayu balsa
dan lem. Jika balsa tidak ada, bisa menggunakan kotak sabun yang keras atau
kardus.
d. Letakkan satu dari model sayap pesawat di atas timbangan digital. Ketika timbangan
mengukur gaya ke bawah, letakkan model terbalik untuk memanfaatkan kumpulan
gaya angkat. Rekat model ke bawah menggunakan isolasi, dengan sebuah kubus
balsa kecil pemisah pegangan di atas permukaan timbangan. (Isolasi kubus balsa
pada timbangan). Kegunaan pemisah adalah untuk melewatkan aliran udara pada
bagian atas dan bawah contoh sayap (atau pesawat) menghadap kipas angin dan
pembacaan skala timbangan harus menghadap ujung terowongan angin yang
terbuka.
e. Pastikan timbangan di set untuk mengukur berat, kemudian tempatkan dalam ruang
yang lebih besar.
f. Baca skala timbangan, kemudian hidupkan kipas angin dan baca skala timbangan
lagi setelah kipas dinyalakan selama beberapa detik.
g. Uji obyek yang berbeda-beda bentuknya dan catat daya angkat dalam table.
h. Analisis data yang diperoleh dan tentukan bentuk mana yang bekerja lebih baik, kita
juga dapat menguji daya angkat pesawat terbang kertas dan model pesawat lainnya,
lalu hubungkan data terowongan angin dengan data terowongan angin yang
sebenarnya ketika terbang menggunakan pesawat sungguhan.
i. Lalu buktikan apakah ada hubungan antara daya angkat pada pesawat mainan dan
jarak terbangnya.
Penentuan Model dan Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat ditentukan berdasarkan perhitungan menggunakan persamaan-
persamaan yang telah ditinjau pada bagian sebelumnya.
Gambaran dari rangkaian alat terowongan angin sederhana
Gambar 2. Terowongan angin sederhana [2].
Gambar 3. Bentuk-bentuk sayap yang akan diuji [2].
Persiapan Alat
Terdiri dari alat dan bahan dengan rincian sebagai berikut :
1. Kotak kardus berat (kotak tempat komputer) : l buah
2. Kayu balsa, kotak sabun, atau karton : l buah
3. Pensil : l buah
4. Lem : l buah
5. Cutter : l buah
6. Timbangan digital : l set
7. Penyaring penyejuk udara (AC) atau busa tipis : l buah
8. Buku catatan : l buah
9. Isolasi : l buah
10. Lembaran plastik bening : l lembar
11. Obyek yang berbeda-beda bentuknya, pesawat terbang kertas, model pesawat
terbang.
Pembuatan Alat
Tahap pembuatan alat terdiri atas langkah-langkah perakitan, pemasangan komponen
secara terpadu, dan pengambilan data untuk di olah.
Evaluasi
Tahap evaluasi meliputi langkah-langkah pengujian alat. Langkah ini juga berfungsi
untuk mengadakan perbaikan dan penyempurnaan.
Analisa:
Pada tahap ini akan dilakukan analisa terhadap alat mengenai kemudahan instalasi,
operasional, efisiensi, efektifitas, dan kesiapan alat untuk digunakan. Analisa ini bertujuan
untuk mempelajari ke-mungkin-an alat ini dapat diaplikasikan pada mata kuliah eksperimen
fisika 2 selanjutnya.
Laporan
Pembuatan Laporan adalah tahap akhir pelaksanaan program. Laporan mengacu pada
tahap–tahap pelaksanaan sebelumnya dan menjelaskan seluruh proses kegiatan.
I. JADWAL KEGIATAN PELAKSANAAN PROGRAM
a. Ketua pelaksana
Nama : Handi Pandriantama
NIM : 1209703013
Status : Mahasiswa Semester 4
Jurusan : Fisika - Fakultas Sains dan Teknologi
Perguruan Tinggi : Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
Waktu untuk Kegiatan PKM : 2 jam/ minggu
b. Anggota pelaksana 1
Nama : Yuni Karlina
NIM : 1209703046
Status : Mahasiswa Semester 4
Jurusan : Fisika - Fakultas Sains dan Teknologi
Perguruan Tinggi : Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
Waktu untuk Kegiatan PKM : 2 jam/ minggu
c. Anggota pelaksana 2
Nama : Norman Swarzkop Reynaldi
NIM : 1209703029
Status : Mahasiswa Semester 4
Jurusan : Fisika - Fakultas Sains dan Teknologi
Perguruan Tinggi : Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
Waktu untuk Kegiatan PKM : 2 jam/ minggu
J. RANCANGAN BIAYA
a. Bahan habis pakai
Kotak kardus berat (kotak tempat komputer) Rp.
Kayu balsa, kotak sabun, atau karton Rp.
Timbangan digital Rp. -
Penyaring penyejuk udara (AC) atau busa tipis Rp.
Buku catatan Rp.
Lembaran plastik bening Rp.
b. Perangkat pendukung
Pensil, lem, cutter, isolasi dll Rp.
c. Lain-lain
Pembuatan Proposal dan Laporan Rp.
Jumlah Total Rp.
K. DAFTAR PUSTAKA
Pustaka
[1] http://www.aerolapan.com [diakses pada 12 maret 2011 6:33 PM]
[2] http://www.progriptek.ristek.go.id/webrur/fisika%20eksperimen%20angin.htm [diakses
pada 12 maret 2011 6:40 PM]
[3] http://id.wikipedia.org/wiki/Prinsip_Bernoulli [ diakses pada 25 februari 2011 9:57 PM]
Gambar
[1] http://www.aerolapan.com
[2] http://www.progriptek.ristek.go.id
LAMPIRAN I
DAFTAR
RIWAYAT HIDUP PELAKSANA
a. Ketua Pelaksana
Nama Lengkap : Handi Pandriantama
NIM : 1209703013
Fakultas / Program Studi : Sains dan Teknologi / Fisika
Perguruan Tinggi : Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
Tempat / Tanggal Lahir : Majalengka,
b. Anggota Pelaksana 1
Nama Lengkap : Yuni Karlina
NIM : 1209703046
Fakultas / Program Studi : Sains dan Teknologi / Fisika
Perguruan Tinggi : Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
Tempat / Tanggal Lahir : Bandung, 26 juni 1992
c. Anggota Pelaksana 2
Nama Lengkap : Norman Swarzkop
NIM : 1209703029
Fakultas / Program Studi : Sains dan Teknologi / Fisika
Perguruan Tinggi : Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
Tempat / Tanggal Lahir : Bandung,