ACARA II DINAMIKA FLUIDA A. Pendahuluan 1. Latar belakang Tiga keadaan dasar, atau fasa materi adalah padat, cair, gas. Kita dapat membedakan ketiga fase ini sebagai berikut : fase padat mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap: sekalipun suatu gaya yang besar di kerjakan pada benda padat, ia tidak akan mudah berubah bentuk atau volumenya. Fase cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap – ia mengikuti bentuk wadahnya- tetapi seperti halnya fase padat, pada fase ini tidak mudah dapat di mampatkan, dan volumenya dapat di ubah jika hanya di kerjakan pada gaya yang sangat besar. Fluida boleh didefinisikan sebagai suatu zat yang terus menerus berubah benruk apabila mengalami tegangan geser, fluida tidak mampu menahan tegangan geser tanpa berubah bentuk. Umunya, makin besar laju deformasi fluida, makin besar pula tegangan geser untuk fluida tersebut. Viskositas atau kekentalan adalah
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ACARA II
DINAMIKA FLUIDA
A. Pendahuluan
1. Latar belakang
Tiga keadaan dasar, atau fasa materi adalah padat, cair, gas. Kita
dapat membedakan ketiga fase ini sebagai berikut : fase padat
mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap: sekalipun suatu
gaya yang besar di kerjakan pada benda padat, ia tidak akan mudah
berubah bentuk atau volumenya. Fase cair tidak mempertahankan
bentuk yang tetap – ia mengikuti bentuk wadahnya- tetapi seperti
halnya fase padat, pada fase ini tidak mudah dapat di mampatkan, dan
volumenya dapat di ubah jika hanya di kerjakan pada gaya yang sangat
besar.
Fluida boleh didefinisikan sebagai suatu zat yang terus menerus
berubah benruk apabila mengalami tegangan geser, fluida tidak
mampu menahan tegangan geser tanpa berubah bentuk. Umunya,
makin besar laju deformasi fluida, makin besar pula tegangan geser
untuk fluida tersebut. Viskositas atau kekentalan adalah ukuran untuk
menyatakan hambatan atau ketahanan fluida terhadap deformasi.
Dinamika fuida (fluida dynamics) merupakan pelajaran tentang
fluida yang bergerak, yang jauh lebih kompleks. Bahkan dinamika
fluida ini merupakan cabang mekanika yang paling kompleks.
Untungnya, kita dapat menganalisis beberapa keadaan penting dengan
menggunakan model-model ideal sederhana dan prinsip-prinsip umum
seperti hukum Newton dan kekekalan energi.
Aplikasi percobaan dinamika fluida ini adalah pada irigasi
pertanian, yang membutuhkan perhitungan yang tepat agar
penggunaan dan pengukuran debit air dapat sesuai dengan kebutuhan
tanaman, sehingga didapatkan hasil yang maksimal.
2. Tujuan Praktikum
Tujuan praktikum acara II. Dinamika Fluida adalah :
a. Menghitung besar debit saluran dengan pendekatan dan laju aliran
luas penampang.
b. Mengetahui besarnya factor koreksi/ correction factor (Cf) dari
system pengukuran yang di gunakan.
3. Waktu dan Tempat Praktikum
Praktikum acara I Kalorimetri dilaksanakan pada hari
Senin, tanggal 24 September 2012 pada pukul 07.30-12.00 WIB
bertempat di Laboraturium Rekayasa Proses Pengolahan Pangan dan
Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
B. Tinjauan Pustaka
Konsep tekanan sangat berguna terutama berurusan dengan fluida.
Sebuah fakta ekperimental menunjukkan bahwa fuida menggunakan
tekanan kesemua arah. Pada titik tertentu dalam fluida diam, takanan sama
untuk semua arah. Tekanan pada salah satu sisi harus sama dengan
tekanan pada sisi yang berlawanan. Jika fluida tidak mengalir, maka
tekanan harus sama(Giancoli, 1995).
Ciri-ciri karakterisitik umum dari fulida adalah aliran fluida dapat
merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak (non-steady). Bila
kecepatan fluida v di setiap titik yang diberikan adalah konstan di dalam
waktu, maka gerak fluida tersebit dikatakan aliran tunak. Yakni, setiap
titik yang di berikan di dalam aliran tunak maka kecepatan setiap partikel
fluida lain yang lewat selalu sama. Aliran fluida dapat merupakan aliran
berolak (rotationa) atau aliran tak berolak (irratational). Jika elemen fluida
di setiap titik tidak mempunyai kecepatan sudut netto terhadap titik
tersebut, maka aliran fluida tersebut adalah aliran tak berolak. Aliran
fluida termampatkan atau tak termampatkan. Cairan-cairan biasanya dapat
di tinjau sebagai yang mengalir secara tak temampatkan.akhirnya , aliran
fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau kental (nonviscous).
Viskositas gerak fluida adalah analogi dari gesekan di dalam gerak benda
padat. Di dalam suatu bagian sempitdari tabung maka garis-garis arus
haruslah berdesak-desakan lebih rapat daripada di dalam suatu bagian
yang lebar. Maka, kita menyimpulkan bahwa garis-garis arus yang jarak
antaranya satu sama lain adalah lebar menunjukkan daerah-daerah laju
rendan dan garis-garis arus yang jarak antarnaya satu sama lain adalah
sangat dekat menunjukkan daerah-daerah laju tinggi(Halliday, 1978).
Semua fluida sejati mempunyai atau menunjukkan sifat-sifat atau
karakteristik-karakteristik yang penting dalam dunia rekayasa. Kerapatan,
komperisibilitas, kapilaritas, dan tekanan uap. Adalah sifat-sifat yang
diminati untuk fluida-fluida dalam keadaan diam; namun untuk fluida-
fluida sejati yang bergerak masih ada sebuah sifat lagi yang penting yaitu
viskositas ( Oison, 1993)
Fluida berbeda dengan zat padat, yaitu tak dapat menopang
tegangan geser. Jadi, fluida berubah bentuk untuk mengisi tabung dengan
bentuk bagaimanapun. Bila sebuah benda tercelup dalam fluida seperti air,
fluida mengadakan sebuah gaya yang tegak lurus permukaan benda
disetiap titik pada permukaan. Jika benda cukup kecil sehingga kita dapat
mengabaikan tiap perbedaan kedalaman fluida, gaya per satuan luas yang
diadakan oleh fluida sama di setiap titik pada permukaan benda. Gaya per
satuan luas ini dinamakan tekanan fluida P :
P = FA
(Tipler, 1991).
Bluff body ditempatkan didalam saluran dengan berbagai
pengaturan, misalkan saja penempatan sebuah silinder dengan diameter
kecil sebagai pengontrol aliran sebelum melewati bluff body utama. Hal
tersebut biasanya dilakukan unruk mengurangi atau mereduksi gaya yang
diakibatkan fluida pada bluff body utama. Gaya-gaya yang ditimbulkan
antara lain gaya geser, gaya normal, dan gaya hambat. Adapun
penggunaan saluran sempit turut memepengaruhi karakteristik fluida
(Makka, 2012).
Laju aliran volume disebut juga debit aliran (Q) yaitu jumlah
volume aliran per satuan waktu. Debit aliran dapat dituliskan pada
persamaan sebagai berikut :
Q = A . V
Dimana nilai Q tergantung dari luas penampang (A) dari fluida mengalir
dan kecepatan aliran fluida (V). Selain itu debitaliran (Q) bisa juga didapat
dari persamaan
Q = volumewaktu
Dimana debit adalah jumlah volume fluida yang mengalir dalam periode
waktu tertentu (Wicaksono).
Menggunakan pelampung memerlukan suatu nilai pembanding
antara kecepatan aliran gerakan pelampung terhadap kecepatan aliran.
Besarnya nilai itu setipa saluran akan dapat berbeda-beda tergantung jenis
pelampung dan kedalaman aliran. Faktor lain yang menentukan ketelitian
pengukuran debit menggunakan pelampung adalah panjang lintasan
pelampung di panjang saluran tertentu yang diukur. Oleh karena itu
pengukuran panjang lintasan pelampung juga perlu perhatian khusus
karena pelampung belum tentu lurus sepanjang arah saluran, tetapi
umunya pelampung melintas berbelok dan tidak lurus. Faktor lokasi, angin
dan manusia juga akan mempengaruhi hasil pengukuran (Soewarno).
Dinamika fluida atas permukaan peregangan adalah penting dalam
proses ekstrusi. produksi bahan terpal muncul dalam sejumlah proses
manufaktur industri dan mencakup baik logam dan lembaran polimer.
Contoh banyak dan mereka termasuk pendingin penangas plat logam yang
tak terbatas ina colling, lapisan batas di sepanjang conveyers penanganan
material, extruction aerodinamis dari lembaran plastik, lapisan batas di
sepanjang film cair dalam proses kondensasi, produksi kertas, meniup
kaca, logam pemintalan , dan menggambar film plastik, untuk nama hanya
beberapa. kualitas dari produk akhir depens pada laju perpindahan panas
pada permukaan peregangan (Govardhan, 2012).
Fenomena aliran di sekitar dua badan menggertak bersama-sama
atau in side-by-side pengaturan adalah salah satu dari struktur masalah
yang menarik interaksi cairan dalam rekayasa. Seperti yang didefinisikan
oleh Zdravkovich (1987), gangguan yang dibawa oleh pengaturan mantan
disebut gangguan bangun dan dengan susunan yang terakhir disebut
gangguan kedekatan. silinder-seperti struktur menemukan aplikasi
teknologi banyak baik dalam arus udara dan air (Kumar, 2009)
Arus ekspansi mendadak telah menjadi topik penyelidikan banyak
cairan newtonian, khususnya dalam kondisi bergolak-aliran, di mana aliran
adalah secara bersamaan geometris sederhana dan dinamis kompleks
dengan daerah aliran geser dan ekstensional dalam kombinasi dengan
semua mekanisme produksi yang bergolak, di disipasi dan diffusion
(Poole, 2009).
Pada saat fluida melewati pipa mengecil mendadak horisontal,
maka akan terjadi perbedaan kecepatan aliran pada lapis batas bagian luar,
sehingga akan terjadi perbedaan (Muhajir, 2009).
Aliran atau debit fluida (J) : ketika suatu fluida yang mengisi
sebuah pipa mengalir di dalam pipa dengan laju rata-rata v, aliran atau
debit adalah
J = A. V
Di mana A adalah luas penampang melintang pipa. Satuan J adalah m3/ dt
dalam SI dan ft3/ dt dalam satuan umum Amerika. Kadang-kadang J di
sebut sebagai laju aliran atau laju debit (Bueche, 2006).
C. Alat, Bahan, dan Cara Kerja
1. Alat
a. Set pompa beserta selang
b. Model saluran (yang telah di modifikasi)
c. Alat ukur : mistar, ember, stopwatch.
P
S
0.65 dm
0.75 dm
0.85 dm
1.05 dm
1.4 dm1.4 dm1.4 dm1.4 dm
d. Penampung
2. Bahan
a. Pelampung
b. Beban
c. Air
3. Cara Kerja
a. Menyusun peralatan dan bahan sesuai dengan susunan percobaan.
b. Mengukur debit terukur dengan cara mengisi ember dengan air
hingga mencapai volume 8L dan menghitung waktunya.
c. Mengukur debit saluran (tanpa beban) dengan cara menghitung
waktu jalannya pelampung dari awal hingga akhir, mengulang 3x
dengan mengubah ukuran penampang menjadi 0,65 ; 0,75 : 0,85 :
1,05.
d. Mengulangi langkah no. 3 tetapi member beban pada pelampung.
Gambar 2.1 Gambar Model Saluran
Gambar 2.2 Gambar pelampung tanpa beban dan dengan beban
Bueche, Frederick J & Eugene Hecht. 2006. Teori dan Soal-soal Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Erlangga. Jakarta.
Giancolli, Douglas C. 1997. Fisika Jilid 1 Edisi Empat. Erlangga. Jakarta. Govardhan, K & N. Kishan. 2012. Unsteady MHD Boundary Layer Flow of an
Incompressible Micropolar Fluid Over a Stretching Sheet. Jurnal of Applied Fluid Mechanics, Vol. 5, No. 3, pp. 23-28, 2012.
Halliday, David. 1978. Fisika Edisi Ketiga. Erlangga. Jakarta.Kumar, M.B Shyam & S. Vengadesan.2009. Large Eddy Simulation of Flow
Interference Between Two Unequal Sized Square Cylinders. International Jurnal of Computational Fluid Dynamics Vol. 23, No.10, Desember 2009, 671-686.
Makka, Akbar Masyian & Wawan Aries Widodo. Studi Ekperimen Aliran Melintasi Silinder Sirkular Tunggal dengan Bodi Pengganggu Berbentuk Silinder yang Tersusun Tandem dalam Saluran Sempit Berpenampang Bujur Sangkar. Jurnal Teknik ITS Vol. 1 , No. 1, (Sept, 2012) ISSN :2301-9271.
Mujahir, Khairul. 2009. Karakteristik Aliran Fluida Gas-Cair melaui Pipa Sudden Contraction. Jurnal Teknologi, Volume 2 No.2, Desember 2009, 176-184.
Oison, Reuben M & Steven J. Wright. 1990. Dasar-dasar Mekanika Fluida Teknik Edisi Kelima. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.
Poole, R.J dkk. 2009. The Effect Of Expansion Ratio For Creeping Expansion Flows Of UCM Fluids. J. Non-Newtonian Fluid Mech.163 (2009) 35-44.
Soewarno & Petrus Syariman. Persamaan Empiris untuk Menghitung Debit Slauran Irigasi Jatiluhur. Bul Pusair.
Tippler, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta.Wicaksono, Rizky Hario. Variasi Jarak Nozel Terhadap Perubahan Putaran
Turbin Pleton. Jurusan Teknik mesin Universitas Gunadarma.