THE AERODYNAMICS OF GENERAL CAR(Dedicated for Fluid Mechanicals Subject)Composed By : Fransiska Atika Indriyani , 10/300798/PA/13367Geophysics Program Study, Gadjah Mada University

ABSTRAK

The development in technology is going so fast. There are a lot of modern things that have been invented to make easier life for human being. One of them is vehicle. It is need a long way to explore it up until has a great performance and quality right now. Hence, as a student of Geophysics, the writer is going to study about the mechanism of vehicle, especially has pointed out with car that studied by the term of aerodynamic.In the room of Fluid Mechanicals subject, the explanation for the mechanism of car is restricted by the law of aerodynamics which is talking about the air circulation and also the impact of its circulation that also is studied together with the body of the car that make a relation with the resistance force cause of the air.

Keywords : Aerodynamic, Car, Body Car

TINJAUAN PUSTAKA

General of fluid dynamics Dinamika fluida adalah ilmu yang mengklasifikasikan berbagai cairan dan gas dalam arah yang sama (Anderson, John D., Jr. (1986)). Secara umum, dinamika fluida dibedakan menjadi tiga, yaitu 1. Hydrodynamics, membahas laju aliran cairan 2. Gas dynamics, membahas laju aliran gas 3. Aerodynamics, membahas laju aliran udara

Aerodinamycs Aerodynamics (aerodinamika) didefinisikan sebagai dinamika dari gas-gas, khususnya interaksi antara obyek yang bergerak dengan udara sekitarnya. [Anderson, John D., Jr. (1986)]. Permodelan aerodinamika ini dapat dianalisa dengan perhitungan secara analitik. Perhitungan analitik yang kompleks dapat dihindari dengan eksperimen. Eksperimen yang dilakukan digunakan untuk menyusun formulasi empiris serta penganalisaan data. Aerodinamika dapat digunakan untuk menganalisis kendaraan yang digunakan manusia, seperti mobil, pesawat, kapal, dll

Gaya HambatDalamdinamika fluida,gaya hambat(yang kadang-kadang disebuthambatan fluidaatau seretan) adalah gaya yang menghambat pergerakan sebuah bendapadatmelalui sebuahfluida(cairanataugas). Bentuk gaya hambat yang paling umum tersusun dari sejumlahgaya gesek, yang bertindak sejajar dengan permukaan benda, plus gayatekanan, yang bertindak dalam arah tegak lurus dengan permukaan benda. Bagi sebuah benda padat yang bergerak melalui sebuah fluida, gaya hambat merupakan komponen dariaerodinamikagaya resultanataugayadinamika fluidayang bekerja dalam arahnya pergerakan. Komponen tegak lurus terhadap arah pergerakan ini dianggap sebagaigaya angkat. Dengan begitu gaya hambat berlawanan dengan arah pergerakan benda, dan dalam sebuah kendaraan yang digerakkan mesin diatasi dengangaya dorong.Dalammekanika orbit, tergantung pada situasi,hambatan atmosferbisa dianggap sebagai ketidak efesiensian yang membutuhkan pengeluaran energi tambahan dalam peluncuran objek angkasa luar.Tipe-tipe gaya hambat pada umumnya terbagi menjadi kategori berikut ini: gaya hambat parasit, terdiri dari seretan bentuk, gesekan permukaan, seretan interferensi, gaya hambat imbas, dan gaya hambat gelombang(aerodinamika) atau hambatan gelombang (hidrodinamika kapal).Frasegaya hambat parasitsering digunakan dalam aerodinmika, gaya hambat sayap angkat pada umumnya lebih kecil dari gaya angkat. Aliran fluida di sekeliling bagian benda yang curam pada umumnya mendominasi, dan lalu menciptakan gaya hambat. Lebih jauh lagi, gaya hambat imbas baru relevan ketika adasayapataubadan angkat, dan dengan begitu biasanya didiskusikan baik dalam perspektif aviasinya gaya hambat, atau dalam desainnya semi-planing ataubadan kapal. Gaya hambat gelombang berlangsung saat sebuah benda padat bergerak melalui sebuah fluida atau mendekatikecepatan suaradalam fluida itu atau dalam kasus dimana sebuah permukaan fluida yang bergerak bebas bergelombang permukaanmenyebar dari objek, misalnya saja dari sebuah kapal.Untuk kecepatan yang tinggi atau lebih tepatnya, padabilangan Reynoldsyang tinggi gaya hambat keseluruhannya sebuah benda dikarakterisasikan oleh sebuahbilangan tak berdimensiyang disebutkoefisien hambatan. Mengumpamakan sebuah koefisien hambatan yang lebih-atau-kurang konstan, seretan akan bervariasi sebagai kuadratnyakecepatan. Dengan begitu, tenaga resultan yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya hambat ini akan bervariasi sebagai pangkat tiganya kecepatan. Persamaan standar untuk gaya hambat adalah satu setengah koefisiennya seretan dikali denganmassa jenisfluida,luasdari item tertentu, dan kuadratnya kecepatan.

PEMBATASAN MASALAH

Dalam paper ini akan dibahas berbagai masalah menyangkut gaya aerodinamik yang terjadi pada mobil dan segala macam hal yang berpengaruh dalam gaya aerodinamik.

PEMBAHASAN

Gaya Aerodinamik Pada MobilFenomena aliran pada kendaraan digolongkan menjadi 3 bagian yaitu : 1. aliran udara sekeliling kendaraan dimana aliran bekerja pada bagian luar kendaraan yaitu berupa aliran yang berinteraksi dengan seluruh bentuk permukaan kendaraan 2. aliran yang masuk ke dalam ruang kendaraan sebagai pendingin mesin, radiator dan sirkulasi udara dalam ruangan penumpang 3. aliran internal adalah aliran yang berada dalam mesin itu sendiri seperti aliran fluida di dalam radiator, blok mesin, pada sistem transmisi kendaraan.

Prinsip Prinsip Umum Mekanika Fluida Pada Gaya Aerodinamika Mobil

1. Hukum Kekekalan MomentumMenyangkut tumbukan udara pada mobil. Momentum dipandang sebagai ukuran kesulitan untuk mendiamkan sebuah partikel. Menyangkut kecepatan dan massa

Dengan ini maka dapat dilihat bahwa massa mobil balap yang ringan akan mengimbangi kecepatan yang tinggi untuk dapat berhenti mendadak

(a) (b)Gambar 1 (a) mobil balap yang melaju dengan kecepatan tinggi dapat berhenti mendadak karena momentum total untuk mendiamkan mobil lebih kecil akibat massanya yang dibuat ringan (b) mobil umum membutuhkan waktu untuk diam/berhenti lebih lama walaupun berjalan dengan kecepatan sedang karena dihubungkan dengan massanya yang besar ditambah massa penumpang yang muat lebih banyak.

2. Persamaan Bernouli

Tekanan yang terjadi pada mobil dapat ditentukan dari tinggi rendahnya pusat massa dan posisi kendaraan di atas permukaan.

3. Boundary Layer4. Bilangan Reynolds Gaya Hambat StokesPersamaan untuktahanan kekentalanataugaya hambat linearcocok untuk partikel atau objek berukuran kecil yang sedang bergerak melalui sebuah fluida pada kecepatan yang relatif pelan dimana tidak terdapat turbulen (contohnyabilangan Reynoldsyang rendah,). Dalam kasus ini, gaya hambat kira-kira sebanding dengan kecepatan, tapi arahnya berlawanan. Persamaan untuk tahanan kekentalan adalah:

dimana: adalah sebuah konstanta yang tergantung pada sifat-sifat fluida serta dimensi objek, dan adalah kecepatan objek.Dinamika Aliran Udara di Sekitar Kendaraan

Bidang kontak kendaraan ada dua, bidang yang kontak dengan angin dan permukaan tanah.Kendaraan akan memiliki dua kecepatan relatif.

Analisis Gaya Aerodinamika pada Mobil

Gaya aerodinamik dapat dinyatakan sebagai akibat dari aliran udara pada suatu permukaan dari suatu benda seperti pesawat, kereta api, helikopter, mobil dan sebagainya, yang bersumber dari : 1. distribusi tekanan (pressure distribution) pada permukaan. 2. tegangan geser (shear force) pada permukaan.

P dan Tw sangat penting. Resultan distribusi P dan w pada permukaan menghasilkan gaya yang dinotasikan R. Gaya R dapat diuraikan menjadi 2 komponen gaya yaitu yang pararel terhadap V dan yang tegak lurus terhadap V dimana V adalan kecepatan udara relative terhadap benda.Komponen gaya pararel dengan arah V disebut gaya hambat atau drag force. Sedangkan komponen gaya tegak lurus terhadap arah v disebut dengan gaya angkat atau lift Force.

Gaya aerodinamik yang terjadi pada benda meliputi : Airodinamik drag Airodinamik lift Airodinamik side

Drag Force Gaya yang menahan gerak benda

Klasifikasi gaya hambat total 1. Hambatan Bentuk2. Hambatan Pusaran3. Hambatan Tonjolan4. Hambatan Aliran dalam Hambatan dari mobil balap lebih kecil disbanding mobil biasa. Bodi atasnya yang ramping dibandingkan mobil biasa membuat gaya ham bat bentuk (paling efektif) menjadi lebih kecil

Left Force

Perbedaan bentuk antara permukaan atas dan bawah mobil menyebabkan kecepatan aliran udara pada bagian atas mobil lebih cepat daripada bagian bawah mobi, Sehingga pada permukaan atas mobil lebih cepat daripada bagian bawah mobil, sehingga tekan pada permukaan atas mobil lebih rendah daripada permukaan bawah modil. tekanan pada bagian bawah lebih besar daripaqda bagian atas, sehingga menimbulkan lift force

Side Force Gaya samping aerodinamik ditimbulkan oleh arah angin yang membentuk sudut terhadap arah laju kendaraanGaya samping dapat mendorong kendaraan kea rah samping sehingga kendaraan akan mengalami selip ke sampi ng.

Dimana Cs adalah koefisien samping, adalah kekerapan udara (kg/m2). Af adalah luas daerah frontal (m2), dan V adalah kecepatan kendaraan terhadap kecepatan udara(m/sec)

SHAPE PLANING - THINGS THAT HAVE CONTRIBUTION TOWARDS THE IDEAL SHAPE OF CARS

1. Pengaruh Bentuk Belakang 2. Pengaruh Bentuk Depan 3. Pengaruh Sudut Kap dan Kaca Depan 4. Pengaruh Kecembungan Atap 5. Pengaruh Kecembungan Bagian Samping 6. Pengaruh Kedalaman Celah 7. Pengaruh Kekasaran Permukaan Bawah 8. Dampak Posisi Roda Kendaraan 9. Pengaruh Bentuk Depan terhadap Koefisien Drag dan Lift

Pengaruh Bentuk Belakang

Bentuk belakang mobil yang tidak memiliki kemiringan untuk aliran udara (terlihat) pada contoh (a) membuat suatu efek aliran udara yang disebut gerak turbulensi. Dimana gerak tubulensi ini akan memberikan dorongan yang lebih kuat. Oleh karena itu mobil mobil berat di desain menggunakan bentuk kotak ini untuk menghasilkan tekanan yang lebih besar.

Dapat kita lihat dari gambar ilustrasi hasil percobaan di lab bahwa model squareback (belakang berbentuk kotak) memberikan aliran balik yang lebih besar (aliran dorong). Jenis ini tepat dipakai pada kendaraan bermuatan banyak seperti truk dan bus. Tapi sistem ini tidak cocok diterapkan untuk mobil umum/kendaraan pribadi karena gaya yang besar akan mengakibatkan kendaraan bias lepas kendali karena pertimbangan masa yang tidak menyeimbangkan pula.

Pengaruh Bentuk Depan, Sudut Kap dan Kaca Depan terhadap Koefisien Drag

Sudut kemiringan kap dan kaca depan dapat menimbulkan efek separasi, sehingga kemiringan yang tepat diperlukan untuk mengurangi nilai drag. Sudut kemiringan kap depan yang diperlukan untuk membuat aliran tanpa efek separasi cukup kecil, supaya tekanan aliran udara tidak mengalami penurunan akibat peningkatan kecepatan aliran. Sudut kemiringan kaca depan berfungsi agar tekanan aliran yang menumbuk kaca depan tidak terlalu besar, yang akan menyebabkan peningkatan drag. Akan tetapi kemiringan sudut yang berlebihan tidak menyebabkan punurunan angka drag yang lebih baik. (a) (b)Gambar 2 mobil (a) memiliki kelengkungan lebih dalam dibanding mobil (b) yang lebih datar sehingga tumbukan udara terhadap mobil (b) lebih kecil dibanding mobil (a) sehingga hambatan udara lebih kecil

Pengaruh Kecembungan Atap terhadap Koefisien Drag

Untuk alasan estetika, kecembungan atap dirancang sekecil mungkin. Kecembungan atap bertambah, maka terjadi penurunan koefisien drag. Sebuah rancangan atap mobil dapat dibuat tidak cembung tetapi dengan konsekuensi biaya pembuatan yang mahal karena kaca depan dan belakang harus dibuat sedemikian rupa sehingga kurva kaca yang berhubungan dengan atap dapat menyatu tanpa ada belokan, sambungan antara kaca dan atap berupa smooth curvature

Pengaruh Kecembungan Bagian Samping terhadap Koefisien Drag

Kecembungan bodi bagian samping dapat menurunkan nilai koefisien drag, karena beban radius pada siku bagian depan dapat berkurang, demikian juga dengan bentuk boat tailing yang dirancang pada bagian belakang tidak mengalami beban yang berlebihan sehingga efeknya adalah peningkatan tekanan pada bagian belakang kendaraan yang menyebabkan penurunan nilai koefisien drag.

Pengaruh Kedalaman Celah terhadap Koefisien DragKedalaman celah antara pintu ataupun kaca dapat menimbulkan efek pada angka koefisien drag. Semakin dalamnya celah menyebabkan peningkatan dalam angka koefisien drag, demikian juga sebaliknya. Posisi peletakan ban yang semakin dalam pada rumah roda dapat memperkecil koefisien drag maupun lift. Sebaiknya posisi peletakan roda minimum setengah dari tinggi total roda karena angka koefisien drag menurun drastis sampai pada titik h/D = 0.5, peletakan roda pada rumah roda melebihi setengah dari ketinggian roda justru akan meningkatkan koefisien drag. Demikian juga dengan koefisien lift yang mengalami penurunan yang drastis dari posisi peletakan roda h/D = 0.2 sampai dengan h/D = 0.25. Kemudian relatif tetap hingga pada posisi peletakan h/D = 0.5, angka koefisien lift mulai menunjukkan penurunan lagi hingga h/D mendekati v.KESIMPULAN

A. Fenomena aliran pada kendaraan digolongkan menjadi 3 bagian yaitu : 1. aliran udara sekeliling kendaraan 2. aliran yang masuk ke dalam ruang kendaraan 3. aliran internal adalah aliran yang berada dalam mesin itu sendiri

B. Prinsip Prinsip Umum Mekanika Fluida Pada Gaya Aerodinamika Mobil1. Hukum Kekekalan Momentum2. Persamaan Bernouli3. Boundary Layer4. Bilangan Reynolds - Gaya Hambat Stokes

C. Gaya aerodinamik yang terjadi pada benda meliputi1. Airodinamik drag2. Airodinamik lift3. Airodinamik side

D. Bentuk Mobil yang harus diperhatikan dalam perancangan adalah daerah daerah berikut:1. Pengaruh Bentuk Belakang 2. Pengaruh Bentuk Depan 3. Pengaruh Sudut Kap dan Kaca Depan 4. Pengaruh Kecembungan Atap 5. Pengaruh Kecembungan Bagian Samping 6. Pengaruh Kedalaman Celah 7. Pengaruh Kekasaran Permukaan Bawah 8. Dampak Posisi Roda Kendaraan 9. Pengaruh Bentuk Depan terhadap Koefisien Drag dan Lift

DAFTAR PUSTAKAhttp://wartapedia.com/oto/mobil/184-aerodinamika-mobil-f1.htmlhttp://surabaya.detik.com/read/2012/03/29/084701/1879631/595/ban-kurang-angin-bikin-boros-bbmhttp://ccitonline.com/e-learning/mod/wiki/view.php?id=184&page=M.+Yunushttp://haanz-dc.blogspot.com/2012/03/tips-hemat-bbm-saat-berkendara.htmlhttp://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://images04.olx.co.id/ui/6/98/07/1276335299_99719107_1-Gambar--Spesialis-Sewa-Mobil-Box-1276335299.jpg&imgrefurl=http://jakartacity.olx.co.id/spesialis-sewa-mobil-box-iid-99719107&h=417&w=625&sz=34&tbnid=JMaK1ugg28Cc8M:&tbnh=97&tbnw=145&prev=/search%3Fq%3Dmobil%2Bkotak%26tbm%3Disch%26tbo%3Du&zoom=1&q=mobil+kotak&usg=__F4Tv-2vH_6i0eErKtOeww8B4gDU=&docid=Mj3-oNlmk16HpM&hl=id&sa=X&ei=mkvbT5-REImzrAeWqPGZCQ&ved=0CGkQ9QEwAw&dur=1278