p da p da Gambar 2.1 Gaya tekan pada permukaan elemen benda yang ter benam aliran fluida (Mike Cross, 1987)

Transkripsi

1 6.3 Gaya Hambat Udara Ketika udara melewati suatu titik tankap baik itu udara denan kecepatan konstan ( steady ) maupun denan kecepatan yan berubah berdasarkan waktu (unsteady ), kecenderunan alat tersebut akan menalami dua ejala yaitu akan menalami aya hambat dan aya ankat udara. Gaya hambat udara merupakan komponen aya yan searah denan aliran fluida pada benda yan terselimuti aliran (FD), sedankan aya ankat merupakan komponen aya teak lurus aliran fluida (Mike Cross, 1987). Hal ini disebabkan adanya perbedaan tekanan yan terdistribusi disekitar alat tersebut dan karena adanya luasan daerah dari suatu titik tankap yan berusaha menhentikan pererakan udara. FL F p da p da p da cos 0 fda U 0 da FD 0 TdA p da sin 0 da T da sin 0 0 T da cos 0 Gambar.1 Gaya tekan pada permukaan elemen benda yan ter benam aliran fluida (Mike Cross, 1987) Baian elemen dari daerah da pada permukaan benda akan menimbulkan p dan τ ( tekanan statis dan teanan eser ). Komponen aya berdasarkan p dan τ sepanjan arah aliran atau erakan yan searah dikenal denan dra force, terlihat pada persamaan berikut: FD = A p. da cos θ + A τ0. da cos θ.(.7) Untuk benda yan sedan bererak melalui aliran fluida denan density, pada kecepatan yan sama akan menhasilkan suatu penyelesaian matematis untuk menhitun dra force adalah terdapat pada persamaan berikut : FD = CD. A. U.. (.8)

2 7.4 Penukuran Kecepatan,4.1 Konsepsi Tekanan Tekanan adalah aya persatuan luas. Tekanan adalah besaran yan berarah maju oleh karena itu selalu bernilai positif ( untuk tekanan absolut). Karena tekanan yan dihasilkan fluida adalah merupakan manifestasi makroskopis dari eneri kinetik yan dihasilkan oleh molekul-molekul fluida, maka tekanan bernilai nol absolut. Dari titik pandan vektor, tekanan adalah besaran skalar meskipun akan selalu dianap bekerja teak lurus pada permukaan pembatasnya. Tekanan relatif terhadap tekanan referensi (umumnya diambil tekanan atmosfer) disebut sebaai tekanan ukur ( ae pressure)..4. Persamaan Bernouli Persamaan Bernouli representasi dari hukum konvervasi (kekekalan) momentum untuk fluida incompressible dalam kondisi steady-state dan inviscid (tidak terjadi friksi dindin). Representasi tersebut umumnya dituliskan sebaai persamaan (.9) P1. V1. h 1 P. V. h = Konstan... (.9) Dalam keadaan stanasi V = 0, maka persamaan (.9) menjadi : P1. V1 P (.10).. V Sehina : P P1.. dimana Δh = P P (.11) V.. h.... (.1)

3 8 Persamaan Bernouli menyatakan bahwa eneri kinetik dan eneri potensial dari fluida adalah tetap konstan sepanjan jalur aliran. Pentin kiranya untuk menyinat adanya asumsi yan diberikan dalam penurunan persamaan tersebut yaitu : Aliran steady-state. Aliran Incompressible. Aliran tanpa friksi. Menalir secara streamline..5 Menukur Kecepatan Udara Untuk menukur kecepatan aliran udara denan menunakan inclined manometer, perameter yan dibutuhkan adalah pertambahan panjan fluida ukur (minyak tanah) yan dapat diamati denan mistar. Jika inclined manometer dipasan denan sudut kemirinan sebesar 15 0, dan pertambahan panjan fluida ukur diberi notasi Δr, maka Δh dapat ditentukan denan menunakan suatu persamaan matematis sebaaimana berikut ini. r P P1 h h = Δr. Sin 15 o Gambar. Inclined Manometer Hubunan tekanan antara minyak tanah denan air adalah tampak sebaaimana persamaan berikut ini : ρ..δh = ρair..δhair..(.13) Dari persamaan.13 di atas diperoleh :.. h Δhair =, denan SG =. air air

4 9 Sehina : Δhair = SG. Δh...(.14) Dimana: SG = spesifik rafity (m/s) Selanjutnya, hubunan antara tekanan udara denan tekanan air tampak dalam persamaan berikut ini: ρudara..δhudara = ρair..δhair = ρair..sg.δh Δhudara =.. SG air udara. h. = SG. h SG udara.....(.15) denan Δh = Δr sin 15 0 maka : Δhudara = SG SG udara x h...(.16) Jika persamaan.16 disubstitusikan ke dalam persamaan.1 maka diperoleh: V = SG. xh (m/s).(.17) SGudara.6 Konsep Kesetimbanan dynamometer Gambar.3 Model Skematik Alat Ukur

5 10 Cara kerja alat penujian : Pada saat turbin berputar, pulley jua akan ikut berputar. Selanjutnya pulley mulai diberi beban denan cara memutar baut timbanan secara perlahan lahan, sampai putaran pulley sesaat mulai berhenti, sehina didapat nilai besaran beban denan melakukan perhitunan : ΔW = w w1.(.18) Denan penujian ini, semua peralatan yan diperlukan ditempatkan dalam satu tempat dan dilakukan penujian berdasarkan prosedur penujian yan akan dilakukan..7 Airfoil Airfoil merupakan suatu bentuk yan dibuat untuk menhasilkan aya lift yan lebih besar dari aya dra pada saat ditempatkan pada sudut tertentu pada suatu aliran udara. Airfoil mempunyai bentuk ujun yan lancip untuk menjamin aliran udara sedapat munkin streamline. Airfoil mempunyai baian seperti leadin ede, trailin ede, chord dan chamber 7( Gambar.4 Terminoloi profil standar (Raharjo, 010) Adapun baian-baian dari airfoil secara lebih terperinci sebaai berikut: 1. Leadin ede adalah ujun depan dari airfoil. Trailin ede adalah ujun belakan dari airfoil 3. Chord (l) adalah jarak antara leadin ede denan trailin ede 4. Chord line adalah aris lurus yan menhubunkan leadin ede denan trailin ede

6 11 5. Camber line adalah aris yan membai sama besar antara permukaan atas dan permukaan bawah 6. Camber (Maksimum) adalah jarak maksimum antara camber line dan chord line, diukur pada aris teak lurus chord line. Posisi maksimum camber diukur dari leadin ede dalam bentuk persentase chord 7. Maksimum thickness (tmax) adalah jarak maksimum antara permukaan atas dan permukaan bawah airfoil yan jua diukur teak lurus terhadap chord line..8 Sudu Turbin Anin Tipe Ori Konstruksi turbin anin model tipe sudu ori memiliki poros yan posisinya dipasan horisontal searah denan arah anin dan memiliki beberapa sudu yan berbentuk trapesium. Sisi sudu yan lebih panjan di pasan dekat denan rotor, kemudian semakin ke ujun luasannya semakin menecil ditambah denan pemuntiran pada masin masin sudu sehina dapat menurani aya hambat (dra force ). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada ambar berikut : Fs Fa Ft Ft U Fa Fa Fs Ft Fs Gambar.5 Gaya yan terjadi pada sudu Ori (Kadir, 1995) Gaya-aya yan bekerja pada sudu ori yaitu : 1. Gaya Aksial (Fa), aya yan mempunyai arah sama denan anin.. Gaya Sentrifual (Fs), aya yan meninalkan titik tenah. 3. Gaya Tanensial (Ft), aya yan menhasilkan momen.

7 .9 Pemuntiran Sudu Kecepatan kelilin akan bertambah sebandin denan panjannya jari-jari sudu, jadi bentuk seitia kecepatan pada jari-jari yan berbeda akan berbeda-beda pula bentuknya. Pada ambar.7 dan.8 adalah ambar seitia kecepatan untuk diameter dalam ( sudut sudu li i dan ) dan seitia kecepatan untuk diameter luar ( a ), dari sini didapat la Sudut ini selalu makin kecil bila diameter roda makin besar, jadi sudu memperlihatkan suatu pemuntiran. 1 Gambar.6 Seitia Kecepatan Sudu (Sunyoto, 010) u a a sisi masuk sudu c1 ua ui w1a w1i c1 ua ui wa sisi keluar sudu wi c c a sisi masuk sudu i x sisi keluar sudu i chord line i anle of attack Gambar.7 Profil Seitia Kecepatan (Sunyoto, 010) Keteranan ambar : U i = Kecepatan kelilin rotor pada diameter dalam. U a = Kecepatan kelilin rotor pada diameter luar. Gambar.8 Profil Sudut Sudu (Sunyoto, 010) W 1 i = Kecepatan relatif rotor pada sisi masuk di diameter dalam.

8 13 W i W 1a = Kecepatan relatif rotor pada sisi keluar di diameter dalam. = Kecepatan relatif rotor pada sisi masuk di diameter luar. W a = Kecepatan relatif rotor pada sisi keluar di diameter luar. C 1 = Kecepatan absolute rotor pada sisi masuk. C 1i i 1a a = Kecepatan absolute rotor pada sisi keluar. = Sudut sudu pada sisi masuk di diameter dalam. = Sudut sudu pada sisi keluar diameter dalam. = Sudut sudu pada sisi masuk di diameter luar. = Sudut sudu pada sisi keluar di diameter luar. γ = Staer anle. θ = Camber anle..10 Penelitian Pendahulu Berdasarkan penelitian Supartama, ( 009 ) yan melakukan penelitian efek pemuntiran sudu blower terhadap laju alir massa, denan hasil penelitian menunjukkan bahwa sudu blower yan palin baik adalah variasi sudut 30º, 40º, dan 50º yan menhasilkan laju aliran massa udara yan tini tetapi daya yan dibutuhkan tidak terlalu besar. Ditambahkan jua bahwa penambahan kelenkunan sudu sanat mempenaruhi karakteristik aliran fluida saat melintasi barisan sudu, desain sudu menyebabkan perubahan momentum fluida kerja saat masuk dan keluar sudu. Jika sudut masuk kecil maka udara yan ditankap oleh sudu sanat kecil tetapi jika sebaliknya sudut masuki terlalu besar maka udara yan ditankap besar tetapi aliran udaranya menjadi terpecah. Berdasarkan penelitian Markus Nanda Andika ( 007 ) yan melakukan penelitian rancan banun kincir anin bersudu banyak dimana eneri anin yan diunakan memiliki kecepatan 7 m/s denan ukuran kincir sebaai berikut : lebar sudu atas dan bawah masin masin 0.13 dan 0,3 m, tini sudu 0,4 m, diameter keseluruhan 1 m, kemudian poros menunakan baja karbon S 35C denan panjan 0,33m dan diameter 0,19 m. dari penujian yan dilakukan menunjukkan bahwa perubahan sudut mempenaruhi besarnya Cp pada kincir denan delapan sudu, nilai

9 14 Cp maksimal pada sudut 60º pada sudut diatas 60º hara Cp akan turun, sedankan pada kincir denan empat sudu hara Cp yan palin tini pada sudut 75º, hal ini menunjukkan adanya pereseran titik masimum sebesar 15º, semakin besar hara Cp menunjukkan sudu berfunsi maksimal sebaai penankap anin.