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 : tama_dielz11@rocketmail.com

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,