EFEK Coanda oleh Pak Hadi

Coanda effect adalah kenyataan yang diamati oleh Henry Coanda sekitar tahun 1930.bayangkan angin seragam bertiup dari kiri kekanan. Kemudian bayangkan sebuah bentuk aerofoil dimasukkan ke dalam medan angin tersebut. Coanda mengamati bahwa udara yang menabrak aerofoil ternyata menempel ke bentuk tersebut, yaitu aliran udara akan dibelah oleh aerofoil. Dibagian atas aliran akan mengikuti bentuk atas aerofoil, dan demikian juga untuk aliran dibagian bawah aerofoil. Jadi fluida yg bergerak dan diganggu oleh keberadaan sebuah bentuk akan cenderung terus bergerak mengikuti bentuk permukaan benda yang mengganggu alira. Untuk jelasnya lakukan sebuah experimen. Didapur buka keran air ditempat cuci piring secara pelan2. kemudian perhatikan bahwa air menaglir lurus kebawah karena gaya gravitasi. Sekarang taruh sebuah sendok, biarkan air menetes pada bagian cembung sendok. Dapat diamati bahwa air tidak lagi bergerak lurus kebawah, karena memang terganggu oleh bentu sendok. Tetapi logika mengatakan bahwa setelah melewati bagian sendok yg paling tebal atau peling cembung mestinya air mengalir lurus kebawah, toh tidak ada yang menghalanginya untuk jatuh kebawah. Tetapi ternyata air tidak turun terjun kebawah dan sebaliknya ia mengikuti bentuk cembung sendok sampai bagian sendok paling bawah dan baru kemudian turun lurus kebawah. Utk jelasnya lihat video dialamat ini.

http://au.youtube. com/watch? v=vWErDwq9Enk

Sebetulnya pengamatan diatas tidak selalu benar. kalau yang digunakan bukan bentuk aerofoil atau permukaan cembung sendok, misalnya gunakan kelereng maka pada kecepatan tertentu air atau udara tidak melekat lagi pada permukaan, tetapi terlepas dari prmukaan. inilah yg disebut pelepasan aliran dan merupakan sifat dari boundary layer atau lapisan batas, yang memang biasanya melekat pada permukaan benda tetapi bisa terlepas kalau terjadi adverse pressure gradient atau gradien tekanan yang tak menguntungkan.

Biasanya kita tidak bicara lagi tentang Coanda effect, tetapi langsung membuat anggapan bahwa garis arus akan mengikuti bentuk benda, paling tidaknya utk aliran laminar yg bersifat tetap laminar. Jadi Coanda effect sebenarnya tak bisa menjelaskan gaya angkat. tetapi dampak dari Coanda effect dapat menjelaskan terjadinya gaya angkat .

Ada2 cara utk memahami mengapa haya angkat ditimbulkan. Yang pertama adalah dari segi hukum fisika kelanggengan momentum. Byangkan lagi aerofoil didalam angin seragam dari kiri kekanan. Gambar sebuah segi panjang yg mengurung aerofoil dan merupakan control volume yg diperiksa. Sisi segipanjang adalah sejajar dan tegak lurus pada arah angin. Angin masuk ke control volume arah =x sejajar garis horisontal dari kiri kekanan, jadi hanya punya momentum arah -x.

Karena keberadaan aerofoil maka arah aliran berubah. Dibagian belakang control volume angin bergerak bukan horisontal tetapi punya komponen kebawah karena dibelokkan oleh aerofoil dan karena sesuai Coanda effect arah angin mengikuti bentuk permukaan. Karena angin dibelokkan kebawah maka sekarang punya momentum arah-y atau tegak lurus kebawah. Sesuai hukum kekekalan momentum maka kita tanyakan lho kok bisa, tadinya momentum arah -y bernilai nol, tetapi karena keberadaan aerofoil tiba2 udara punya komponen momentum arah-y yang bukan nol. Nah supaya momentum arah-y yg beraksi pada control volume tetap bernilai nol, maka harus ada gaya yangdikerahkan angin pada bentuk aerofoil kebalikan arah y kebawah, jadi arah y keatas, alias gaya angkat.

Memang ada ahli aerodinamika yg mengatakan bahwa inilah penjelasan yg benar tentang terciptanya gaya angkat. ini memang penjelasan yg sangat sederhana dan dapat dimengert oleh siapa saja yg memahami hukum kekekalan momentum dalam Fisika dasar. Tetapi penjelasan ini punya kelemahan yaitu tidak dapat dipakai utk menghitung berapa besar gaya angkat yg tercipta.

Untuk menghitung berapa besar gaya angkat yg tercipta maka kita gunakan hukum Bernoulli yg memberikan kaitan antara tekana dan kecepatan aliran. Jadi p + q = konstan (bernilai tetap alias tekanan total) dimana p adalah tekanan statik dan q adalah tekanan dinamik dan q =0.5 *rho *V^2 dimana rho adalah densitas udara dan V adalah kecepatan aliran dititik yg sama. Jadi kalau kecepatan udara meningkat maka tekanannya mengecil. Selanjutnya karena sesuai dampak Coanda garis arus akan mengikuti bentuk aerofoil, maka aerofoil dipih bentuknya sedemikian rupa sehingga airan angin yg menyapu permukaan atas aerofoil akan bergerak lebih cepat (karena cembung) dibanding yg dibagian bawah (yg berbentuk relatif datar). Dengan demikian tekanan dibagian bawah aerofoil lebih besar dari tekanan dibagian atas dan ini memberikan total gaya netto arah keatas yg disebut gaya angkat (lift). Selanjutnya distribusi kecepatan disepanjang permukaan aerofoil dapat dihitung, misalnya dengan menyelesaikan persamaan Laplace (yg mudah) utk alitan tak viskos, atau dengan menyelesaikan persamaan Navier-Stokes (yg sulit sekali) utk aliran viskos. Distribusi kecepatan sepanjang permukaan aerofoil ini kemudian diolah menjadi distribusi tekanan sepanjang permukaan aerofoil lewat persamaan Bernoulli, dab dengan demikian ujung2nya gaya angkat dapat dihitung. Semua ahli aerodinamika pasti menggunakan pendekatan ini utk menghitung besaran gaya angkat. Tetapi perhatikan bahwa penjelasan ini tidak bisa dilakukan dengan mudah lewat sebuah hukum Fisika dasar yg mudah dimengerti seperti hukum kekekalan momentum misalnya. Untuk sampai pada tahap bisa menerapkan persamaan Bernoulli utk menghitung gaya angkat, kita harus belajar dulu jauh lebih banyak, yaitu mampu menurunkan persamaan Laplace kemudian mencari solusi persamaan Laplace dengan metoda variabel komplex ataupun meteoda panel vortex dlsbnya. Inilah yang dikatakan oleh sebagian ahli aerodinamika yaitu bahwa Coanda effect dan hukum aksi reaksi Newton adalah penjelasan yg paling tepat mengenai terciptanya gaya angkat.

Bagi saya mungkin Coanda effect dan hukum aksi reaksi Newton adalah penjelasan yg paling sederhana dan bermanfaat utk menjelaskan terjadinya gaya angkat pada seorang awam. Tetapi kalau kita ingin menjadi ahli aerodinamika dan harus bisa memprediksi (menghitung) gaya angkat yg beraksi pada kondisi terbang tertentu dan bentuk aerofoil tertentu, maka tak ada pilihan lain kecuali menggunakan rumus Bernoulli dan menyelesaikan persamaan Laplace atau pers Navier-Stokes lewat CFD (Computational Fluid Dynamics). Untuk kasus ini penjelasan dengan Coanda effect dan hukum aksi reaksi Newton sama sekali tidak berguna.

Tersu terang saja saya pikir ini adalah akal2an beberapa ahli aerodinamika saja utk menimbulkan kontroversi, yang kemudian menimbulkan mib=nat utk membeli buku yang dikaranganya ttg aerodinamika :-)

salam

HW

--- On Mon, 24/11/08, yama_naibaho wrote:

From: yama_naibaho
Subject: [STTA] mau nanya..??? tolongin ya
To: stt-adisutjipto@ yahoogroups. com
Received: Monday, 24 November, 2008, 1:18 AM

dear all,
saya kemaren baca
http://www.beritaip tek.com/zberita- beritaiptek- 2005-09-07- Seputar-Kecelaka an-Pesawat- Mandala-Flight- 091.shtml.
Gaya angkat pesawat ada 3. Saya mau nanya yg ttg efek coanda..??? da
yg tw ga..?? Ko rasa`y baru denger ya, pa saya yang ktnggalan IPTEK..

Hingga saat ini, setidaknya ada 3 penjelasan yang diterima untuk
fenomena munculnya gaya angkat pada sayap: prinsip Bernoulli, Hukum
III Newton, dan efek Coanda. Sayap pesawat memiliki kontur potongan
melintang yang unik: airfoil. Pada airfoil, permukaan atas sedikit
melengkung membentuk kurva cembung, sedangkan permukaan bawah relatif
datar. Bila sekelompok udara mengenai kontur airfoil ini, maka ada
kemungkinan bahwa udara bagian atas akan memiliki kecepatan lebih
tinggi dari bagian bawah: hal ini disebabkan karena udara bagian atas
harus melewati jarak yang lebih panjang (permukaan atas airfoil adalah
cembung) dibandingkan udara bagian bawah.

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa semakin tinggi kecepatan fluida
(untuk ketinggian yang relatif sama), maka tekanannya akan mengecil.
Dengan demikian akan terjadi perbedaan tekanan antara udara bagian
bawah dan atas sayap: hal inilah yang mencipakan gaya angkat L.
Penjelasan dengan prinsip Bernoulli ini masih menuai pro kontra; namun
penjelasan ini pulalah yang digunakan Boeing untuk menjelaskan prinsip
gaya angkat.

Penjelasan menggunakan Hukum III Newton menekankan pada prinsip
perubahan momentum manakala udara dibelokkan oleh bagian bawah sayap
pesawat. Dari prinsip aksi ・reaksi, muncul gaya pada bagian bawah
sayap yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan sayap untuk
membelokkan udara. Sedangkan penjelasan menggunakan efek Coanda
menekankan pada beloknya kontur udara yang mengalir di bagian atas
sayap. Bagian atas sayap pesawat yang cembung memaksa udara untuk
mengikuti kontur tersebut. Pembelokan kontur udara tersebut
dimungkinkan karena adanya daerah tekanan rendah pada bagian atas
sayap pesawat (atau dengan penjelasan lain: pembelokan kontur udara
tersebut menciptakan daerah tekanan rendah). Perbedaan tekanan
tersebut menciptakan perbedaan gaya yang menimbulkan gaya angkat L.
Meski belum ada konsensus resmi mengenai mekanisme yang paling akurat
untuk menjelaskan munculnya fenomena gaya angkat, yang jelas sayap
pesawat berhasil mengubah sebagian gaya dorong T mesin menjadi gaya
angkat L.

http://groups.yahoo.com/group/stt-adisutjipto/message/1033