Fisika Industri

Penerapan Ilmu Meknika Fluida Dalam Industri

Penerapan Konsep Fisika dalam FluidaKonsep mekanika fluida adalah konsep yang membahas gerak (aliran) zat cair dan gas. Salah satu aplikasinya adalah dalam Hukum Bernoulli. Hukum Bernoulli intinya menjelaskan tentang konsep dasar aliran fluida nahwa peningkatan aliran kecepatan pada fluida akan menurunkan penurunan tekanan pada fluida tersebut

1. Penentuan gaya angkat pada pesawat terbang untuk mendapatkan ukur presisi yang tepat

Salah satu faktor yang menyebabkan pesawat bisa terbang adalah adanya sayap. Bentuk sayap pesawat melengkung dan bagian depannya lebih tebal daripada bagian belakangnya. Bentuk sayap seperti ini dinamakan aerofoil.

Perbedaan tekanan di permukaan atas dan permukaan bawah sayap. Bentuk airfoil sayap diciptakan sedemikian rupa agar tercipta karakteristik aliran yang sesuai dengan keinginan. Singkatnya, gaya angkat akan ada jika tekanan dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan diatas permukaan sayap. Perbedaan tekanan ini dapat terjadi karena perbedaan kecepatan aliran udara diatas dan dibawah permukaan sayap. Sesuai hukum Bernoulli semakin cepat kecepatan aliran maka tekanannya makin rendah. Besarnya gaya angkat yang dibangkitkan berbanding lurus dengan Luas permukaan sayap, kerapatan udara, kuadrat kecepatan, dan koefisien gaya angkat

Fenomena Aliran fluida

Historical Airfoils

Gaya Gaya Yang Bekerja Pada Pesawat

Flift = 1/2(ClArv2)

Fdrag = 1/2(CdArv2)

Drag dan Lift• Friction Drag (gaya seret karena gesekan).

Persamaan Umum :

AVdAP

AVFC

dA

SDD

w

...

..

:dan

. Drag

2212

21

surface plate

rr

CD = 0.008 (1 + )

Drag dan Lift• Lift (Gaya Angkat) : komponen gaya fluida

pada suatu body yang tegak lurus arah gerakan fluida.– Persamaan Umum :

P

LL AV

FC.. 2

21 r

CL = 0.35 (1 + 0.2 )

Drag dan LiftCD dan CL sebagai fungsi Re dengan 20 – 50% thickness ratio

Drag dan Lift

• Contoh : sebuah pesawat mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

• Berat = 3000 lbf• Luas sayap = 300 ft2

• Kecepatan take off = 100 ft/sec• rudara = 0.00238 slug/ft3

• CL = 0.35 (1 + 0.2 )

• CD = 0.008 (1 + )

– Hitung : dan daya untuk take off

Drag dan Lift

Hp 41.5Daya

ft.lbf 550hp.sec

slug.ftlbf.sec

secft 100ft 300

secft 100

ftslug 00238.0064.0Daya

.....FDaya

064.071008.07untuk

.....

.F off untuk take diperlukan yang Daya

72.0

1135.0

: maka ,0.21 35.0C : karena84.0

lbf.secslug.ft

ft 30001

ft 100sec

slug 0.00238ftlbf 3000

..

pesawatberat lift gaya off, takebisaUntuk

22

2

2

321

221

D

o

221

221

D

L

222

23

212

21

VAVCV

C

AVCFAV

FC

V

C

CAV

FC

D

D

DDD

D

oL

L

LL

r

rr

r

12

Pemanfaatan Gaya Archimedes

• Pembuatan Kapal LautPerut kapal laut harus memindahkan air laut

yang banyak agar gaya angkat air lebih besar daripada berat kapal dan penumpang. Walaupun kapal terbuat dari bahan yang barmassa jenis lebih besar daripada air, kapal tetap dapat terapung. Penyebabnya adalah kapal dibuat berongga yang membuat kapal menjadi ringan, sementara jumlah air laut yang didesak oleh perut kapal sangat besar.

Hukum Archimedes . Tak asing lagi kita mendengar gaya apung atau gaya bouyancy dimana besar gayanya itu adalah sama dengan berat total dari kapal tersebut jika kapal tersebut terapung

HUKUM ARCHIMEDES

Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair atau zat cair lain akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya

FA = wbfKeterangan: FA = gaya ke atas wbf = berat zat cair yang dipindahkan

FA = ρf Vbf g Keterangan: ρf = massa jenis fluida Vbf = volum zat cair yang dipindahkang = percepatan gravitasi bumi

HUKUM ARCHIMEDES

Benda tenggelam

FA < w mf g < mb gVf ρf g < Vb ρb g ρf < ρb

Keterangan:mb = massa bendamf = massa zat cair yang dipindahkanVb = volum bendaVf = volum zat cair yang dipindahkanρb = massa jenis benda ρf = massa jenis zat cair

Sebuah benda dikatakan tenggelam jika benda tersebut tercelup seluruhnya dan berada di dasar suatu zat cair

w

FA

air

HUKUM ARCHIMEDES

Benda melayang

FA = w mf g = mb gVf ρf g = Vb ρb g ρf = ρb

Sebuah benda dikatakan melayang jika benda tersebut tercelup seluruhnya tetapi tidak mencapai dasar dari zat cair tersebut

w

FA

air

Keterangan:mb = massa bendamf = massa zat cair yang dipindahkanVb = volum bendaVf = volum zat cair yang dipindahkanρb = massa jenis benda ρf = massa jenis zat cair

Hukum archimedes

Benda terapungSebuah benda dikatakan terapung jika benda tersebut tercelup sebagian di dalam zat cair

FA = w mf g = mb gVf ρf g = Vb ρb g

fb

fb ρV

Vρ

karena Vf < Vb maka ρf > ρb

w

FA

water

Contoh Soal Hukum Archimedes :

1. Berapa volume Lambung kapal yang tenggelam ke dalam air laut jika berat air laut yang dipindahkan akibat lambung kapal yang tenggelam adalah 20 Newton ? Massa jenis air laut = 1025 kg/m3Jawab :

Fa = ρ. g. Vw = Fa

20 = (1025)(9,8)(V)20 = 10045 (V)V =502,25 m3

Volume sebuah kapal adalah 1.000 m³ kubus itu tercelup dalam air tiga perempat bagian . massa jenis air tersebut sebesar 1025 Kg/m³ . Hitunglah besar gaya Archimedes yang terjadi !

Jawab :

Fa = ρ. g. V= 1025 Kg/m³ x9,81 m/s2 x ¾ x 1025 /1000

=7533,75 N

Turbin

Turbin adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi fluida (energi kinetik dan energi potensial) menjadi energi mekanik poros

Untuk menghitung daya yang di bangkitkan turbin dapat di perhatikan pada gambar berkut :

ContohSumber air terjun dengan debit = 5 m3/s , Head (H) = 50 m, tentukan daya hydrolik yang dihasilkan

Head (H) = 50 m Debit (Q) = 5 m3/s

Daya turbin (P):P = r g Q H /1000 = (1000 kg/m3 9,81 m/s2 5 m3/s 50 m)/1000 = 2452,5 kW ≈ 3287,5 HP