Raya Aldrin Vieralaksana Azhari

BIODATA MAHASISWA

Nama : Raya Aldrin Vieralaksana Azhari

NPM : 2106706092

Saya adalah mahasiswa yang sedang belajar mengenai ilmu mekanika fluida dengan Pak DAI.

TUGAS

MEKANIKA FLUIDA

Pengertian Mekanika Fluida

Pada dasarnya, ilmu mekanika fluida adalah sebuah cabang dari ilmu fisika yang mempelajari tentang perilaku fluida saat keadaan diam (statis) ataupun bergerak. Fluida yang dimaksud adalah sebuah zat yang berfasa gas atau cairan. Hal ini mencakup studi tentang sifat fisik dari fluida tersebut seperti densitas, tekanan, kecepatan, viskositas, perpindahan panas, serta beragam persamaan matematis yang digunakan dalam menganalisis dan memprediksi perilaku fluida dalam berbagai situasi dan kondisi.

Penggunaan ilmu mekanika fluida ini kerap kita temukan pada kehidupan kita sehari-harinya. sebagai contoh dalam perhitungan dasar tekanan yang ada pada suatu titik dalam fluida hingga yang lebih modern untuk perencanaan dan desain pesawat terbang. ilmu mekanika fluida ini sangat penting untuk mengetahui bagaimana fluida dapat mempengaruhi suatu sistem yang ingin kita rekayasa sebagai mechanical engineer.

Pengertian Kinematika

Kinematika adalah cabang dari ilmu fisika yang mepelajari gerakan benda tanpa mengkonsiderasi penyebab dari gerak tersebut (gaya yang mempengaruhinya). fokusan kinematika itu lebih kepada penjelasan gerak itu sendiri, seperti kecepatan, percepatan, jarak, waktu, dan posisi, serta korelasi matematis antara variabel tersebut. Dalam kinematika, kita akan mempelajari bagaimana cara untuk menganalisis dan memprediksi gerakan partikel dalam ruang dan waktu, baik gerakan secara linier atau secara melingkar. ilmu ini banyak sekali aplikasinya dalam duni engineering. dalam ilmu mekanika fluida juga dapat digunakan ilmu kinematika untuk menganalisis pergerakan suatu zat fluida.

TUGAS PERCAKAPAN CHATGPT TENTANG MANOMETER

Percakapan dengan ChatGPT tentang manometer

What is a manometer?

A manometer is a device used to measure the pressure of fluids, including gases and liquids. It typically consists of a U-shaped tube filled with a liquid, such as mercury or water, and a pressure source is connected to one end of the tube. The difference in fluid heights in the two arms of the U-shaped tube corresponds to the pressure difference between the pressure source and the open end of the tube.

There are different types of manometers, such as the inclined tube manometer, the U-tube manometer, and the digital manometer. Manometers are commonly used in a variety of applications, including measuring the pressure of gas in a furnace, the pressure of fluid in a pipeline, and the air pressure in an automobile tire.

What is the principle of a manometer?

The principle of a manometer is based on the fact that the pressure of a fluid varies with the height of the fluid column. In a simple U-tube manometer, for example, the fluid in the tube is typically a liquid, such as water or mercury. When the pressure of the fluid being measured is applied to one end of the U-tube, the fluid column in that arm of the tube is forced down, while the fluid column in the other arm of the tube rises.

The difference in fluid levels between the two arms of the U-tube corresponds to the difference in pressure between the pressure source and the open end of the tube. This pressure difference is calculated using the equation P = hρg, where P is the pressure difference, h is the difference in height of the fluid columns, ρ is the density of the fluid, and g is the acceleration due to gravity.

Thus, by measuring the height difference of the fluid columns in a manometer, the pressure difference between the two ends of the manometer can be determined. This principle is widely used in a variety of applications, including measuring the pressure of gases in a furnace, the pressure of fluids in pipelines, and the air pressure in tires.

TUGAS MINGGU 2 : MANOMETER

Pada minggu ini terdapat beberapa pertanyaan tentang manometer yang akan saya jawab, beberapa pertanyaan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Jelaskan mekanisme kerja manometer analog

Mekanisme kerja manometer analog didasarkan pada prinsip bahwa tekanan dari fluida yang diam atau bergerak dapat mengubah tinggi kolom cairan dalam tabung U. Manometer analog biasanya terdiri dari tabung U berisi cairan seperti air atau merkuri dan terhubung ke sumber tekanan yang akan diukur. Prinsip kerjanya dapat dijelaskan sebagai berikut:

Saat sumber tekanan diterapkan ke salah satu ujung tabung U, tekanan ini akan menggerakkan cairan dalam tabung U. Misalnya, jika tekanan gas diterapkan ke salah satu ujung tabung U, gas akan mendorong cairan ke arah yang berlawanan di dalam tabung.

Akibatnya, ketinggian cairan di ujung tabung U yang terhubung ke sumber tekanan akan menurun, sedangkan ketinggian cairan di ujung tabung U yang terbuka akan naik.

Perbedaan ketinggian antara kedua ujung tabung U akan menunjukkan perbedaan tekanan antara sumber tekanan dan tekanan atmosfer di ujung terbuka tabung U.

Skala pengukuran pada tabung U digunakan untuk membaca perbedaan ketinggian antara kedua ujung, dan perbedaan ini kemudian digunakan untuk menghitung tekanan pada sumber tekanan.

2. Jelaskan mekanisme kerja manometer tipe U (fluida air)

Manometer tipe U adalah salah satu jenis manometer yang paling sederhana dan paling umum digunakan. Prinsip kerjanya didasarkan pada perbedaan ketinggian kolom cairan di dalam dua lengan tabung U. Mekanisme kerja manometer tipe U dapat dijelaskan sebagai berikut:

Tabung U berisi cairan seperti air atau merkuri. Kedua ujung tabung U terbuka dan terhubung ke sumber tekanan yang akan diukur dan tekanan atmosfer.

Ketika sumber tekanan dihubungkan ke salah satu ujung tabung U, tekanan ini akan menggerakkan cairan dalam tabung. Jika tekanan yang diterapkan adalah tekanan yang lebih besar dari tekanan atmosfer di ujung terbuka tabung U, maka kolom cairan di ujung terbuka tabung U akan turun.

Ketika kolom cairan di ujung terbuka tabung U turun, kolom cairan di ujung tabung U yang terhubung ke sumber tekanan akan naik. Hal ini disebabkan oleh perbedaan tekanan antara kedua ujung tabung U.

Perbedaan ketinggian kolom cairan di dalam dua lengan tabung U menunjukkan perbedaan tekanan antara sumber tekanan dan tekanan atmosfer di ujung terbuka tabung U.

Skala pengukuran pada tabung U digunakan untuk membaca perbedaan ketinggian antara kedua ujung. Perbedaan ini kemudian digunakan untuk menghitung tekanan pada sumber tekanan.

Manometer tipe U biasanya lebih mudah digunakan dibandingkan dengan manometer yang lebih kompleks. Namun, pengukuran dengan manometer tipe U hanya dapat digunakan untuk mengukur tekanan yang relatif rendah dan tidak cocok untuk mengukur tekanan yang sangat tinggi.

3. Tuliskan hasil pengukuran P1, P2, dan P2 (ketika menggunakan manometer tipe U)

Manometer Analog, P1 = 100milibar ; P2 = 1,5milibar Manometer U, P1 = 1cm ; P2 = 1,2cm

4. Faktor apa yang mempengaruhi tinggi rendahnya tekanan

Tinggi atau rendahnya tekanan dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, di antaranya adalah:

1. Kedalaman: Tekanan air atau fluida di dalam benda cair seperti kolam renang atau laut dapat dipengaruhi oleh kedalaman. Semakin dalam kedalaman air atau fluida, semakin besar tekanannya.

2. Gaya gravitasi: Gaya gravitasi bumi juga dapat mempengaruhi tekanan, karena semakin dekat dengan permukaan bumi maka gaya gravitasi semakin kuat. Hal ini menyebabkan tekanan atmosfer di permukaan bumi lebih tinggi daripada di ketinggian yang lebih tinggi.

3. Massa jenis fluida: Massa jenis fluida atau densitas juga dapat mempengaruhi tekanan. Fluida dengan densitas yang lebih besar akan memiliki tekanan yang lebih besar dibandingkan dengan fluida dengan densitas yang lebih kecil.

4. Luas permukaan: Luas permukaan tempat tekanan diterapkan juga dapat mempengaruhi tekanan. Semakin besar luas permukaan, semakin rendah tekanannya.

5. Suhu: Suhu juga dapat mempengaruhi tekanan. Dalam gas, semakin tinggi suhu maka tekanannya juga akan semakin tinggi. Namun, pada cairan, hubungan antara suhu dan tekanan lebih kompleks karena juga tergantung pada massa jenis cairan dan volume yang tersedia.

6. Ketinggian: Tekanan atmosfer di permukaan bumi juga dipengaruhi oleh ketinggian tempat tersebut di atas permukaan laut. Semakin tinggi ketinggian, semakin rendah tekanan atmosfer.

5. Tuliskan satuan yang ada pada manometer tersebut dan konversi ke dalam satuan SI

Satuan pada Manometer adalah milibar sedangkan satuan Standard International adalah pascal Awal: P1 = 10 milibar => 1000 pascal P2 = 1,5 milibar => 150 pascal

Akhir: P1 = 8,5 milibar => 850 pascal P2 = 1,2 milibar => 120 pascal

6. Buatlah skala tekanan pada manometer tersebut

1 Milibar = 100 Pascal

Lab Visit Alat Ukur Tekanan

Pada Hari Sabtu, 4 Maret 2023, Mahasiswa kelas Mekanika Fluida 02 mengunjungi Laboratorium Mekanika Fluida Kukusan dengan tujuan untuk mempelajari berabgai alat ukur tekanan yang ada. Alat ukur tekanan yang tersedia antara lain adalah Manometer Analog, Manometer U, dan Pressure Transducer

1. Manometer Analog

Manometer Analog merupakan alat untuk mengukur tekanan dengan prinsip tekanan hidrostatis yaitu, bekerja dengan cara mengukur perbedaan tinggi kolom cairan pada di dalam tabung yang bekerja pada kedua ujungnnya. Alat ini terdiri dari tabung yang berisi fluida seperti air atau air raksa, skala pengukuran, serta selang untuk menghubungkan manometer ke sumber tekanannya sebanyak dua buah.

2. Manometer U

Manometer U adalah salah satu alat untuk mengukur tekanan dengan mengukur pada dua titik dalam sistem fluida. Cara kerja dari alat ini ialah dengan mengukur perbedaan tekanan pada pipa yang berbentuk U dengan mengukur perbedaan ketinggian pada salah satu lengan pipa tersebut. Pada pipa manometer U diisi dengan cairan seperti air ataupun air raksa yang mana salah satu lubang pada pipa U terbuka untuk mendapatkan tekanan atmosfer, sedangkan lubang yang lainnya dihungkan ke sistem yang sedang diukur.

3. Pressure Transducer

Pressure Transducer merupakan alat elektronik untuk mengukur tekanan serta mengubah pembacaan tekanan menjadi sinyal listrik yang bisa digunakan untuk mengontrol serta mengakuisisi data.

Studi Kasus

Berapa ketinggian fluida (air, raksa, minyak) yang bisa ditimbulkan akibat dari tekanan sebesar 3 mBar? P = 3mBar ≈ 300 Pa

ρ(air) = 1000 kg/m^3

ρ(raksa) = 13.600 kg/m^3

ρ(minyak) = 800 kg/m^3

g = 9,81 m/s^2

ΔP = ρ.g.Δh

Jawab:

• Air Δh = ΔP/ρ.g h = 300/1000 x 9,81 h = 0,0306 m ≈ 3,06 cm

• Raksa Δh = ΔP/ρ.g h = 300/13.600 x 9,81 h = 0,00225 m ≈ 0,22 cm

• Minyak Δh = ΔP/ρ.g h = 300/800 x 9,81 h = 0,0382 m ≈ 3,82 cm

KINEMATIKA FLUIDA

Pada Pembahasan kali ini, saya akan membahas tentang salah satu cabang dari ilmu mekanika fluida yaitu kinematika fluida. Kinematika Fluida mempelajari tentang gerakan fluida tanpa memperhatikan penyebab dari pergerakan tersebut, lebih berfokus kepada sifat-sifat geometris dan waktu dari aliran fluida.

Jenis-Jenis aliran

Dalam kinematika fluida terdapat beberapa jenis aliran yang dapat diatributkan dengan perilaku aliran tersebut. Berikut adalah beberapa jenis aliran dalam kinematika fluida:

Aliran laminar: aliran fluida yang memiliki pola aliran yang teratur dan mengalir sejajar, sehingga tidak terdapat turbulensi dalam aliran tersebut.

Aliran turbulen: aliran fluida yang memiliki pola aliran yang tidak teratur dan seringkali berputar-putar. Aliran ini dapat terjadi pada kecepatan aliran yang tinggi atau ketika fluida mengalir melewati rintangan atau hambatan.

Aliran inkompresibel: aliran fluida yang kepadatannya tidak berubah selama aliran berlangsung, sehingga volume fluida tetap konstan. Contohnya adalah aliran air dalam pipa yang padat.

Aliran kompresibel: aliran fluida yang kepadatannya dapat berubah selama aliran berlangsung, sehingga volume fluida dapat berubah-ubah. Contohnya adalah aliran gas dalam pipa yang dapat mengalami peningkatan atau penurunan tekanan.

Aliran steady: aliran fluida yang sifatnya konstan dan tidak berubah-ubah dalam waktu.

Aliran tak-steady: aliran fluida yang sifatnya berubah-ubah dalam waktu, sehingga membutuhkan analisis yang dinamis dan kompleks.

Motion of Fluids

Pada Mekanika Fluida terdapat konsep motion of fluids yang digunakan untuk mendeskripsikan pergerakan fluida. beberapa jenis pergerakan tersebut adalah Streakline, pathline dan streamline. Setelah melakukan percakapan dengan chatGPT saya dapat menyimpulkan bahwa ketiga konsep tersebut adalah sebagai berikut.

- A streakline is the line traced by a particle that has flowed through a specific point in the fluid over a certain period of time. It represents the history of the fluid motion at a specific location over time.

- A pathline is the trajectory followed by an individual fluid particle over time. It represents the actual path taken by a specific fluid particle as it moves through the fluid.

- A streamline is a curve that is tangent to the instantaneous velocity vector of the fluid at each point. It represents the instantaneous direction of the fluid motion at a given point in time.

Pendekatan dalam Kinematika Fluida

Dalam usaha mempelajari kinematika fluida, para ilmuwan klasik menggunakan beberapa pendekatan untuk dapat menjelaskan bagaimana pergerakan fluida. Umumnya, pendekatan kinematika fluida yang digunakan adalah dengan menggunakan metode Euclidian dan metode Lagrangian.

Metode Euclidian

Metode Euclidian melibatkan observasi dan pengukuran sifat-sifat fluida pada titik-titik yang tetap di dalam ruang tiga dimensi. Dalam metode ini, aliran fluida diamati pada titik-titik ruang yang tetap, dan perubahan sifat-sifat fluida diukur sebagai fungsi waktu. Pendekatan ini digunakan dalam pengembangan persamaan diferensial parsial Navier-Stokes, yang menggambarkan gerakan fluida dalam ruang tiga dimensi.

Metode Lagrangian

Metode Lagrangian melibatkan observasi dan pengukuran gerakan individu partikel fluida. Dalam metode ini, partikel fluida diberi label dan dilacak secara individu sepanjang waktu untuk mengamati gerakan mereka. Pendekatan ini biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan dan posisi partikel fluida di dalam aliran turbulen. Metode Lagrangian juga dapat digunakan untuk mempelajari interaksi partikel dengan penghalang atau rintangan yang ada di dalam fluida.

Teorema Transpor Reynolds

Konsep Dasar Teorema Transpor Reynolds

Teorema Transpor Reynolds adalah sebuah prinsip dasar dalam mekanika fluida yang menjelaskan bagaimana sifat-sifat dalam fluida, seperti massa, momentum, dan energi, dapat diangkut atau ditransfer melalui aliran fluida. Prinsip ini ditemukan oleh fisikawan Inggris Osborne Reynolds pada tahun 1883.

Secara umum, teorema ini menyatakan bahwa perubahan jumlah suatu besaran dalam suatu volume kontrol, dapat dihitung dengan mengalikan gradien besaran tersebut dengan laju aliran masuk besaran tersebut ke dalam volume kontrol. Secara matematis, teorema transpor Reynolds dapat dirumuskan sebagai berikut:

∂ϕ/∂t + div(ϕv) = Sϕ

di mana:

ϕ adalah besaran yang ingin dihitung seperti massa, momentum, atau energi

t adalah waktu

v adalah vektor kecepatan fluida

Sϕ adalah sumber atau hilir dari besaran ϕ, misalnya produksi atau konsumsi energi dalam fluida

Dalam persamaan tersebut, div (ϕv) menggambarkan jumlah perubahan besaran ϕ dalam suatu volume kontrol akibat pergerakan fluida, dan dinyatakan sebagai divergensi dari perkalian besaran ϕ dengan vektor kecepatan fluida v. Sumber atau hilir Sϕ adalah kontribusi dari sumber atau hilir luar dalam volume kontrol, seperti produksi energi atau pengambilan massa dari aliran.

Teorema Transpor Reynolds sering digunakan untuk menganalisis aliran fluida dalam berbagai aplikasi seperti pemodelan kebisingan, rekayasa energi, dan transportasi fluida. Dengan menggunakan prinsip ini, sifat-sifat dalam fluida dapat dipelajari dan diprediksi untuk berbagai aplikasi teknik.

Contoh Soal Teorema Transpor Reynolds

Sebuah tangki berbentuk silinder dengan diameter 1 meter dan tinggi 2 meter berisi air dengan kecepatan 2 m/s. Hitunglah laju aliran masuk air ke dalam tangki jika sumber air masuk ke dalam tangki sebesar 0,5 liter/detik.

Penyelesaian:

Untuk menyelesaikan soal ini, kita perlu menggunakan prinsip teorema transpor Reynolds. Kita dapat memilih sebuah volume kontrol yang melingkupi tangki dan menghitung laju aliran masuk air ke dalam volume kontrol tersebut.

Dalam kasus ini, kita dapat memilih sebuah volume kontrol berbentuk silinder dengan diameter 1 meter dan tinggi 2 meter yang melingkupi seluruh tangki. Volume kontrol ini akan memiliki luas penampang yang sama dengan luas penampang tangki.

Dengan menggunakan prinsip teorema transpor Reynolds, laju aliran masuk air ke dalam tangki dapat dihitung sebagai:

∂m/∂t = - div (ρv) + S

di mana:

∂m/∂t adalah laju aliran masuk air ke dalam volume kontrol ρ adalah massa jenis air

v adalah vektor kecepatan air

S adalah sumber air yang masuk ke dalam tangki

Kita dapat mengabaikan divergensi pada persamaan ini karena volume kontrol kita berbentuk silinder, yang artinya divergensi vektor kecepatan adalah nol. Oleh karena itu, persamaan ini dapat disederhanakan menjadi:

∂m/∂t = S

Kita diketahui bahwa sumber air yang masuk ke dalam tangki adalah sebesar 0,5 liter/detik. Untuk menghitung laju aliran masuk air ke dalam tangki, kita perlu mengkonversi volume sumber air ini menjadi massa menggunakan massa jenis air.

Massa jenis air pada suhu kamar adalah sekitar 1000 kg/m3. Oleh karena itu, 0,5 liter air setara dengan 0,5 x 10^-3 m3 air. Massa air yang masuk ke dalam tangki setiap detiknya adalah:

m = ρV = 1000 x 0,5 x 10^-3 = 0,0005 kg/detik

Jadi, laju aliran masuk air ke dalam tangki adalah sebesar 0,0005 kg/detik.

Aplikasi Teorema Transpor Reynolds dalam Konteks Mechanical Engineering

Dalam dunia keteknikan, salah satu aplikasi dari teorema transpor Reynolds dapat digunakan untuk menghitung gaya angkat dari sebuah drone. hal ini merupakan salah satu contoh yang diberikan oleh Pak DAI dan dikembangkan oleh mahasiswa bimbingannya dalam melakukan tugas besar. secara umum akan dijelaskan sebagai berikut. Teorema Transpor Reynolds dapat digunakan untuk menganalisis gaya angkat suatu drone dengan 4 rotor penerbang. Dalam aplikasi ini, gaya angkat dihasilkan oleh kecepatan udara yang dihasilkan oleh empat rotor yang berputar. Gaya angkat ini dapat dihitung menggunakan prinsip teorema transpor Reynolds.

Untuk menghitung gaya angkat, dapat dibuat sebuah volume kontrol pada drone. Volume kontrol ini akan melingkupi seluruh drone, termasuk keempat rotor dan baling-balingnya. Selanjutnya, perlu diukur kecepatan udara yang melalui volume kontrol tersebut.

Dengan menggunakan teorema transpor Reynolds, gaya angkat pada drone dapat dihitung sebagai perubahan momentum yang terjadi di dalam volume kontrol tersebut. Dalam hal ini, momentum yang harus dihitung adalah momentum udara yang masuk ke dalam volume kontrol dan momentum udara yang keluar dari volume kontrol.

Momentum udara yang masuk ke dalam volume kontrol akan dihitung dengan mengalikan kecepatan udara yang masuk dengan massa udara yang masuk. Sedangkan momentum udara yang keluar dari volume kontrol akan dihitung dengan mengalikan kecepatan udara yang keluar dengan massa udara yang keluar. Selisih antara momentum udara yang masuk dan momentum udara yang keluar akan memberikan gaya angkat pada drone.

Selain itu, untuk menghitung gaya angkat secara akurat, perlu diperhitungkan juga faktor-faktor seperti kecepatan rotor, sudut blade, dan geometri drone itu sendiri.

Dengan menggunakan prinsip teorema transpor Reynolds ini, kita dapat menghitung gaya angkat pada drone dengan akurat dan memprediksi kinerja drone dalam berbagai kondisi penerbangan, sehingga dapat digunakan untuk pengembangan drone yang lebih baik dan efisien.