Mizan Eryandhika Guntorozi
Contents
- 1 Pendahuluan
- 2 Biodata diri
- 3 Pertemuan 1: Aliran Viskos
- 4 Pertemuan 2: Hukum Konservasi dan Vektor Velocity Aliran
- 5 Pertemuan 3: Pengaruh Viskositas terhadap Fully Developed Flow
- 6 Pertemuan 4: Konsep Aliran Turbulen
- 7 Pertemuan 5: Artikel Soal-Jawab QUIZ01
- 8 Pertemuan 6: Minor Losses dan Major Losses
- 9 Pertemuan 7: Bimbingan Skripsi: Konversi Energi Air
- 10 Pertemuan 8: Diskusi Wikipage Mahasiswa
- 11 Pertemuan 9: Diskusi Wikipage Mahasiswa
- 12 Pertemuan 10: Eksternal Flow
- 13 Tugas Besar: Analisa Pengaruh Winglets pada Motorsport terhadap Kecepatan Aliran Udara pada Perlombaan Balap Motor
Pendahuluan
بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ
السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُهُ
Perkenalkan, nama saya Mizan Eryandhika Guntorozi atau yang biasa dipanggil Mizan, saya merupakan mahasiswa S1 Paralel Teknik Mesin Universitas Indonesia. Berikut adalah biodata diri saya dan juga catatan-catatan saya mengenai Perkuliahan Jarak Jauh(PJJ) mata kuliah Mekanika Fluida sampai dengan Ujian Akhir Semester(UAS). Catatan tersebut meliputi tugas yang diberikan pada setiap pertemuan juga progress pembelajaran saya setiap diadakan pertemuan. Saya berharap page ini dapat memberikan manfaat bagi siapapun yang membaca. Terimakasih.
Biodata diri
Nama: Mizan Eryandhika Guntorozi
NPM: 1806181823
Fakultas / Program Studi: Teknik / S1 Paralel Teknik Mesin
Pertemuan 1: Aliran Viskos
Pertemuan 1: Aliran Viskos ; Selasa, 31 Maret 2020
Pertemuan 1 dilaksanakan melalui aplikasi zoom pada hari tanggal Selasa, 31 Maret 2020 pada pukul 13.30 sampai dengan 15.20. Pertemuan 1 diisi oleh Pak Muhammad Hilman Gumelar Syafei atau yang akrab dipanggil Mas Edo selaku asisten dosen Pak Ahmad Indra Siswanto atau Pak DAI. Pertemuan 1 ini diawali dengan pemaparan materi "Aliran Viskos" dimana Mas Edo membahas Reynolds Number.
Reynolds Number adalah perbandingan suatu inersia fluida dengan dinding pipa yang menghasilkan suatu gesekan. Gesekan tadi menghambat laju aliran fluida di dalam pipa yang dapat pula disebut sebagai viskositas. Jadi Reynolds Number itu adalah perbandingan inersia atau badan fluida dengan viskositas pada pipa. Dimana, semakin besar Reynolds Number suatu fluida maka semakin Turbulen suatu Aliran Fluida, begitu pula jika semakin kecil Reynolds Number suatu fluida maka semakin Laminar suatu Aliran Fluida. Hal ini akan saya bahas berikutnya.
Re = ρ v D / μ
Dengan catatan:
Re = Reynolds Number
ρ = Densitas fluida (g/cm^3 atau kg/m^3)
v = Kecepatan rata-rata fluida di dalam pipa (m/s atau cm/s)
D = Diameter dalam pipa (m atau cm)
μ = Viskositas (Pa)
Kemudian, dari pernyataan Reynolds Number tadi, kita dapat concern mengenai Jenis-jenis Aliran suatu fluida dimana Mas Edo juga membahas hal tersebut yaitu Aliran Laminar dan Aliran Turbulen.
Aliran Laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan tidak berpotongan satu sama lain. Alirannya relatief mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya bergerak sejajar
Aliran Turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan relatif tinggi yang saling interaksi satu sama lain. Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan.
Dengan catatan:
- Aliran Laminar terjadi apabila Reynolds Number kurang dari 2200 Re < 2200
- Aliran Transisi terjadi apabila Reynolds Number sama dengan 2200 Re = 2200
- Aliran Turbulent terjadi apabila Reynolds Number lebih dari 2200 Re > 2200
Lalu, dari hal-hal yang telah di bahas tadi, maka memicu pertanyaan seperti berikut:
Pertanyaan:
1. Apa itu entrance region/aliran masuk?
2. Apa itu fully developed flow/aliran berkembang sempurna?
3. Apa itu entrance length?
4. Apa pengaruh viskositas? dan pengaruh pressure drop dalam pipa?
5. Bagaimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen?
Jawaban:
1. Entrance Region atau aliran masuk adalah area pintu masuk saluran fluida sesuai pada gambar yang diberikan. Entrance Region adalah bagian saluran di mana kecepatan dan/atau suhu tidak sepenuhnya berkembang. Entrance Region juga hanya bergantung pada kondisi awal atau kondisi masuknya fluida ke dalam pipa di mana lapisan batas meningkat hingga mengisi seluruh bagian melintang pipa.
2. Fully Developed Flow atau aliran berkembang sempurna adalah fase setelah selesainya fluida melewati Entrance Region. Dimana aliran ini terjadi ketika efek viskos atau efek gesekan fluida dengan dinding pipa akibat tegangan geser, yang kemudian menciptakan profil kecepatan yang berkembang sepenuhnya. Fully Developed Flow ini terjadi ketika fluida berjalan melalui pipa yang penampangnya lurus. Selain itu, kecepatan fluida untuk Fully Developed Flow titik tercepatnya adalah di garis tengah pipa.
3. Entrance length adalah jarak yang ditempuh aliran fluida setelah memasuki pipa tepat sebelum aliran berkembang sepenuhnya atau dapat disebut juga jarak ketika aliran masuk Entrance Region sampai sebelum masuk ke Fully Developed Flow.
4. Semakin meningkat densitas dan viskositas maka rata-rata kecepatan fluida semakin rendah. Hal tersebut mengacu kepada Pressure Drop yang merupakan penurunan tekanan dari satu titik di dalam sistem. Semakin meningkat viskositas dan semakin menurun densitas maka kondisi Fully Developed Flow semakin cepat tercapai di dalam suatu pipa horizontal.
5. Untuk Aliran Laminar:
Dengan Catatan:
Re = Reynolds Number
v = Kecepatan Aliran
D = Diameter Pipa
V = Kinematika Viskositas
λ = Koefisien Gesekan Pipa
Untuk Aliran Turbulen:
Dengan Catatan:
Δp = Pressure Drop
λ = Koefisien Gesekan Pipa
L = Panjang Pipa
D = Diameter Pipa
p = Kepadatan
v = Kecepatan aliran
Pertemuan dilanjutkan dengan tutorial cara menggunakan aplikasi CFDSOF. CFDSOF ini merupakan aplikasi untuk melakukan simulasi aliran fluida dalam suatu media. Tutorial CFDSOF yang dipimpin oleh Mas Edo ini cukup jelas. Beliau menjelaskan cara menggunakan aplikasi ini dengan baik dan benar. Aplikasi CFDSOF ini juga cukup membantu para pengguna untuk menggambarkan simulasi aliran fluida serta membantu perhitungan untuk selanjutnya diaplikasikan di lapangan. CFDSOF ini juga cukup fleksibel apabila pengguna ingin membuat simulasi dalam bentuk box atau dalam bentuk cylinder dan kemudian dapat diatur dimensinya sesuai yang pengguna inginkan.
Pada CFDSOF kami diajarkan untuk membuat simulasi aliran laminar dengan mengaplikasikan aliran viscous pada CFDSOF. Pertama-tama, hal yang dilakukan adalah menentukan wall, inflow, outflow pada tampilan bidang xyz. Kemudian menentukan mesh pada bidang xyz, menentukan boundary dan terakhir melakukan simulasi dengan menekan tombol pada solver dan dapat dilihat hasilnya seperti pada Lampiran dibawah.
Lampiran
Pertemuan 2: Hukum Konservasi dan Vektor Velocity Aliran
Pertemuan 2: Hukum Konservasi dan Vektor Velocity Aliran; Rabu, 1 April 2020
Pertemuan 2 dilaksanakan melalui aplikasi zoom pada hari tanggal Rabu, 1 April 2020 pada pukul 13.10 sampai dengan 15.02. Pertemuan 2 diisi oleh Pak Ahmad Indra Siswanto atau Pak DAI dan juga dilanjutkan oleh Pak Muhammad Hilman Gumelar Syafei atau Mas Edo selaku asisten dosen Pak Ahmad Indra Siswanto atau Pak DAI. Pertemuan 2 ini diawali dengan pemaparan materi dimana Pak DAI membahas tentang "Hukum Konservasi" yang dibagi menjadi tiga, yaitu Hukum Konservasi Massa, Konservasi Momentum dan Konservasi Energi seperti berikut:
1. Konservasi massa adalah apabila dalam suatu sistem massa total mengalami perubahan secara total artinya berubah terhadap jarak/ruang dan waktu, maka perubahan tersebut dapat diimplementasikan atau diasumsikan sama dengan 0.
dm/dt = 0
2. Konservasi Momentum adalah apabila dalam suatu sistem kecepatan dan momentum berubah terhadap jarak/ruang dan waktu, maka perubahan tersebut dapat diimplementasikan dengan sigma F atau total gaya yang terjadi.
M. dV/dt = sigma
3. Konservasi Energi adalah apabila dalam suatu sistem energi total mengalami perubahan secara total artinya berubah terhadap jarak/ruang dan waktu, maka perubahan energi tersebut dapat diimplementasikan sebagai W atau kerja dan energi panas atau Q.
dE/dt = W+Q
Dengan catatan:
d = differensial total
dho = differensial parsial
Pak DAI kemudian bertanya bahwa pada mata kuliah Mekanika Fluida concern yang ada adalah menganalisis gerakan fluida terhadap benda atau sebaliknya gerakan benda terhadap fluida?
Pertanyaan tersebut dapat dijawab sebagai berikut:
-Perhitungan Benda terhadap Fluida
Contoh Peritungan Benda terhadap Fluida adalah aerodinamika, kemudian muncul concern apa akibat yang terjadi jika mobil melewati angin?. Jawab, yang terjadi adalah pada akhirnya terjadi hambatan oleh angin yang menghambat laju dari mobil. Disini, yang kita amati adalah fluida di sekitar mobil yaitu (volume control disekitar mobil).
-Perhitungan Fluida terhadap Benda
Contoh Perhitungan Fluida terhadap Benda adalah kipas angin yang menggerakan fluida disekitarnya, kemudian muncul concern berapa daya yg diperlukan kipas angin untuk menggerakan fluida tersebut? Daya yang diperlukan kipas angin terjadi di dalam kipas angin tersebut dimana kipas angin merupakan suatu sistem.
Kemudian, Pak DAI menegaskan disitulah kenapa kita melakukan pendekatan volume bukan sistem.
Pada pertemuan-2 kali ini, juga dijelaskan kembali pertanyaan yang sudah di lempar sebelumnya di pertemuan-1, yaitu konsep entrance region, entrance length dan fully develop flow pada aliran pipa seperti pada gambar di bawah ini.
Selanjutnya, pertemuan dilanjutkan oleh Mas Edo dengan lemparan pertanyaan oleh Pak DAI. Mas Edo di minta untuk menuntun mahasiswa untuk kembali menggunakan aplikasi CFDSOF untuk kemudian mempelajari vektor aliran atas pertanyaan berikut ini:
Hal pertama yang dilakukan adalah, mereview ulang teknik-teknik pengerjaan CFDSOF pada Pertemuan 1: Aliran Viskos, Lalu Mas Edo membantu kami mahasiswa/i untuk mengerjakan permasalahan tersebut.
Jawaban untuk bentuk vektor kecepatan yang terjadi pada persoalan diatas adalah sebagai berikut, dengan menggunakan persamaan:
μ = 1/2.ρ.V^2
Dengan catatan:
ρ = Densitas fluida (g/cm^3 atau kg/m^3)
v = Kecepatan rata-rata fluida di dalam pipa (m/s atau cm/s)
μ = Viskositas (Pa)
Berikut ini, adalah grafik kecepatan dan tekanan yang didapatkan:
Berikut ini, adalah perbandingan perubahan kecepatan yang terjadi:
Pertemuan 3: Pengaruh Viskositas terhadap Fully Developed Flow
Pertemuan 3: Pengaruh Viskositas terhadap Fully Developed Flow ; Selasa, 7 April 2020
Dengan menggunakan asumsi aliran fluida yang steady state
Tegangan geser hanya horizontal ke arah x, tidak ada komponen kecepatan ke arah vertical penurunan rumus fungsi kecepatan ke arah y yg disebut dengan profil kecepatan sebenernya bisa dilakukan perbandingan dengan adanya boundary condition.
Governing equation dipecahkan dalam satu aplikasi yaitu cfdsof yang dapat menghasilkan medan aliran, persamaan itu tadi yang diklasifikasi dalam bentuk mesh di cfdsof jadi yang dihasilkan adalah angka2 dari tiap mesh. bukan dari panjang aliran
Governing equation adalah persamaan perilaku fluida bagaimana dia bergerak dan mengalir dapat ditranslasikan dari persamaan matematika, konsep soal tadi sangat penting untuk menentukan dinamika aliran, dinamika fluida adalah sebuah ilmu yg mempelajari tentang interaksi gaya gaya jadi harus pahan tentang konsep gaya gaya, gaya inersia, tegangan geser, gaya gesek dst. gaya inersia gambarannya bola pada tali.
Konsep soal tersebutu sangat penting untuk menentukan dinamika aliran.
Dinamika fluida adalah sebuah ilmu yg mempelajari tentang interaksi gaya-gaya jadi harus paham tentang konsep gaya-gaya, gaya inersia, tegangan geser, gaya gesek dst
Bilangan inersia merupakan perbandingan antara gaya inersia dengan bilangan reynolds-nya(efek viskos); dimana, jika RE lebih tinggi maka aliran fluida lebih lembab daripada aliran viskos dan lebih mendekati aliran turbulen(tidak stabil); sebaliknya, jika RE lebih rendah dimana efek viskos lebih dominan dari inersia. Contoh aliran tersebut adalah pelumas(laminer dan stabil).
Sisi masuk sama, profil kecepatan cenderung sama. Kemudian, sesaat setelah masuk maka ada gesekan antar dinding dan partikel fluida akan ada disertasi atau gaya menahan pada aliran sehingga terbentuk apa yang disebut sebagai lapisan batas pada bagian bawah dan atas, lapisan batas ini akan berkembang hingga bertemu dan berkembang penuh.
Lapisan batas adalah dimana kecepatan dari 0 di dinding sampai kecepatan alirannya menyamai kecepatan aliran luar Vb=Va di titik b aliran bebas dimana di daerah viskos maka aliran diluar titik a yang tidak terganggu namanya inviscid maka itu yang disebut sebagai entrance region. Kemudian, titik b mendapat gaya momentum dari bagian atas fluida yang tidak terpengaruh pada tegangan gesek.
Fully developed flow terpengaruh pada efek viskos atau entrance region yang lebih cepat artinya kalo aliran fluida itu kental maka entrance region lebih pendek. Sedangkan, aliran fluida yang lebih encer maka aliran berkembang penuhnya akan lebih ke arah hilir yaitu 9H bukan 6H, artinya sifat fluida tadi menyebabkan efek gesekan pada aliran yg menyebabkan aliran berkembang penuh/fully developed flow akan lebih cepat atau entrance region lebih pendek
Pengertian aliran viskos itu sendiri adalah dimana terjadi geseran geseran di aliran fluidanya. Fully developed flow akan berubah perilakunya terhadap inersia. Jika, inersia lebih besar, maka fully developed flow-nya akan lebih lama. Dari semua ini maka kecepatan aliran tidak berubah.
Fully developed flow akan lebih lama terjadi jika kecepatannya juga lebih cepat, begitu pula sebaliknya fully developed flow akan lebih cepat kalo kecepatannya juga lebih lama.
Pertemuan 4: Konsep Aliran Turbulen
Pertemuan 4: Konsep Aliran Turbulen ; Selasa, 8 April 2020
Grafik diatas adalah perbandingan aliran laminar dengan aliran turbulen, dua duanya di running masing-masing dan disatukan menjadi satu view pada paraview, bagaimana perbedaan dari kontour warna dan lain sebagainya pada laminar banding turbulen. Pada aliran laminar, profil kecepatan atau gradien nya lebih terlihat. Pada aliran turbulen, efek viskos pada dinding lebih tipis pada aliran sublayer
Pada grafik diatas, perbedaan nya cukup signifikan di buku Munson. Sumbu x adalah diameter dari atas sampe bawah yang juga merupakan plot dari arah vertikal dari awal inlet pipa, dinding pipa, outlet pipa dari awal tegangan geser dinding pipa besar makin ke tengah kemudian bertransisi dengan tegangan turbulensi. Sedangkan, sumbu y adalah kecepatan yang mempengaruhi simulasi laminar dengan simulasi turbulen.
Aliran adalah deformasi fluida secara terus menerus (perubahan bentuk).
Aliran itu adalah benda diam kemudian mengalir. Kalo RE nya rendah maka efek viskositas besar hingga keteraturan aliran tetap terjaga,aliran laminar bergerak dengan berlapis-lapis, membuat aliran bergerak rendah yang kemudian menyebabkan geseran-geseran yang maksimal.
Kalo, RE=2200 maka aliran berosilasi hingga ada kemungkinan tidak memotong satu sama lain atau ada yang memotong.
Kalo RE besar, maka lapisan akan memotong satu sama lainnya maka itu disebut aliran turbulen. Jika digambarkan suatu titik di satu lapisan aliran, pada aliran turbulen terjadi rapid fluctuation karena titik tersebut gerak secara cepat sekali.
Lalu, diberikan soal 8.4 sebagai berikut:
Pembahasan:
a) Viscous sublayer, kita disuruh mencari ketebalan viscous sublayer yang menyebabkan geseran gesekan di aliran pipa.
Secara prinsip lapisan geser berada di dinding di daerah aliran. Dimana viskositas turbulen berada di dinding pipa, untuk menyelesaikan masalah ini, kita harus menentukan viskositas layer karena hal ini penting untuk menentukan pressure drop yang terjadi.
Apa efek aliran dalam pipa, aliran itu menyebabkan gesekan dan gesekan ini menghambat energi aliran maka aliran tersebut. Kemudian, dari situ kita tau untuk ditambahkan pompa karna ada geseran pada dinding-dindingnya.
Pada pertanyaan ini, kecepatan friksional, tegangan geser adalah tegangan yang kita cari, dari pressure drop kita bisa menentukan tegangan geser pada soal, dari tegangan geser kita bisa tau frictional velocity yg u aksen tadi nah dari situ kita bisa mendapatkan tebal sublayer atau lapisan.
b) Center line velocity
Masalah sublayer itu ketebalan tipisnya mempengaruhi gaya gesek pada satu aliran, bagaimana cara kita untuk mengurangi sublayer tersebut?
Jawab kita kembali ke rumusan dasar, kita lihat viskositas dan regangan, untuk mengurangi sublayer maka kita harus mengurangi regangan, artinya gradien pada sublayer tsb harus dikurangi.
Prinsip utamanya yaitu fisika fenomena, viskositas dan gradiennya yang harus dikendalikan (energi) biar tidak terjadi perubahan tegangan, tinggal bagaimana kita mengendalikan viskositas atau gradien kecepatan. Fenomenanya diidentifikasi dulu tekanan yang di analisis dulu yang berat atau mengalami masalah itu dimana, maka, di zona tertentu itu kita harus kendalikan untuk menekan rugi-rugi aliran.
c) Apa efek aliran fluida?
Aliran fluida menabrak dinding menyebabkan tegangan geser, kita juga harus tau medan aliran yaitu distribusi kecepatan (tau) sama dengan miu do u/do y, untuk itu kita bisa mendapatkan kecepatan lokal di setiap medan aliran yaitu u, u sulit untuk diprediksi karna u dapat berubah dalam setiap milisecond, bagaimana cara kita menentukannya, pertama melalui pendekatan statistik atau grafik yang bisa mewakili u, lalu dibuat fluktuasi ini dengan menentukan kecepatan rata2 pada grafik yang naik turun.
Setelah itu melakukan pendekatan lain yaitu mendekomposisi atau menguraikan kecepatan aliran tersebut dalam berupa kecepatan rata2 dan ditambah kecepatan fluktuasinya VA=VA+VA aksen dimana kecepatan rata rata interval waktu T adalah waktu yg diperlukan partikel fluida untuk mengalami pusaran yang besar atau large eddies.
Pertemuan 5: Artikel Soal-Jawab QUIZ01
Pertemuan 5: Artikel Soal-Jawab QUIZ01 ; Selasa, 14 April 2020
Pak Dai memberikan QUIZ01 dengan bentuk soal tanya-jawab dan setiap mahasiswa diharapkan dapat membuat artikel wiki-nya masing-masing untuk menjawab pertanyaan tersebut dengan bahasa sendiri. Soal tanya-jawab tersebut terdiri dari 6 pertanyaan dan hasil jawaban versi Saya sendiri sudah di rangkum sebagai berikut:
Artikel 1: Governing Equation dan Boundary Condition
Tegangan geser hanya horizontal ke arah x, tidak ada komponen kecepatan ke arah vertical penurunan rumus fungsi kecepatan ke arah y yg disebut dengan profil kecepatan sebenernya bisa dilakukan perbandingan dengan adanya boundary condition.
Governing equation dipecahkan dalam satu aplikasi yaitu cfdsof yang dapat menghasilkan medan aliran, persamaan itu tadi yang diklasifikasi dalam bentuk mesh di cfdsof jadi yang dihasilkan adalah angka2 dari tiap mesh. bukan dari panjang aliran
Governing equation adalah persamaan perilaku fluida bagaimana dia bergerak dan mengalir dapat ditranslasikan dari persamaan matematika, konsep soal tadi sangat penting untuk menentukan dinamika aliran, dinamika fluida adalah sebuah ilmu yg mempelajari tentang interaksi gaya gaya jadi harus pahan tentang konsep gaya gaya, gaya inersia, tegangan geser, gaya gesek dst. gaya inersia gambarannya bola pada tali.
Artikel 2: Pengaruh Viskositas terhadap Fully Developed Flow
Fully developed flow terpengaruh pada efek viskos atau entrance region yang lebih cepat artinya kalo aliran fluida itu kental maka entrance region lebih pendek. Sedangkan, aliran fluida yang lebih encer maka aliran berkembang penuhnya akan lebih ke arah hilir yaitu 9H bukan 6H, artinya sifat fluida tadi menyebabkan efek gesekan pada aliran yg menyebabkan aliran berkembang penuh/fully developed flow akan lebih cepat atau entrance region lebih pendek
Pengertian aliran viskos itu sendiri adalah dimana terjadi geseran geseran di aliran fluidanya. Fully developed flow akan berubah perilakunya terhadap inersia, kalo inersia lebih besar, maka fully developed flow-nya akan lebih lama. Dari semua ini maka kecepatan aliran tidak berubah
Fully developed flow akan lebih lama terjadi kalo kecepatannya juga lebih cepat, begitu pula sebaliknya fully developed flow akan lebih cepat kalo kecepatannya juga lebih lama.
Artikel 3: Konsep Aliran dari Perbedaan Reynolds Number-nya
Aliran adalah deformasi fluida secara terus menerus (perubahan bentuk).
Aliran itu adalah benda diam kemudian mengalir. Kalo RE nya rendah maka efek viskositas besar hingga keteraturan aliran tetap terjaga,aliran laminar bergerak dengan berlapis-lapis, membuat aliran bergerak rendah yang kemudian menyebabkan geseran-geseran yang maksimal.
Kalo, RE=2200 maka aliran berosilasi hingga ada kemungkinan tidak memotong satu sama lain atau ada yang memotong.
Kalo RE besar, maka lapisan akan memotong satu sama lainnya maka itu disebut aliran turbulen. Jika digambarkan suatu titik di satu lapisan aliran, pada aliran turbulen terjadi rapid fluctuation karena titik tersebut gerak secara cepat sekali.
Artikel 4: Viscous Dissipation dan Perilaku Fluida
Seperti yang sudah diketahui sebelumnya, Aliran Laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan tidak berpotongan satu sama lain. Alirannya relatif mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya bergerak sejajar.
Ketika fluida mengalir melalui sistem perpipaan, di mana pipa naik dan turun, perubahan ketinggian, tekanan pada titik tertentu dalam pipa juga dipengaruhi oleh perubahan ketinggian fluida yang telah terjadi. Sebagai contoh, di bagian atas fluida terdapat beban kecil yang seiring bergeraknya pipa secara vertikal terjadi perubahan ketinggian. Oleh karena itu, ada kehilangan tekanan dalam pipa saat fluida naik. Karena perubahan struktur ketinggian dan perubahan titik mengalirnya fluida. Sebaliknya, terdapat beban maksimal di bagian bawah fluida yang 'tertekan'. Maka pada titik itu tersebut, tekanan pada titik itu meningkat. Oleh karena itu, ada kenaikan tekanan dalam pipa saat fluida jatuh.
(b) Kemiringan pipa yang terdapat pada aliran laminar mengakibatkan adanya perubahan energi potensial pada aliran tersebut. Perubahan energi ini menjadi semakin besar sehingga energi ini membantu mengisi energi yang hilang akibat viscous dissipation. Sehingga untuk menjawab pertanyaan ini, diasumsikan tidak ada energi yang hilang pada aliran atau delta p = 0.
Viscous dissipation hanya terjadi pada aliran turbulen. Istilah Viscous dissipation adalah penghilangan gradien kecepatan fluktual oleh aliran viskos. Kemudian, akan terbentuk eddies-eddies kecil yang di disipasi oleh viskositas molekul di dinding.
Artikel 5: Viscous Sublayer, Center Line Velocity dan efek Aliran Fluida
a) Viscous sublayer, kita disuruh mencari ketebalan viscous sublayer yang menyebabkan geseran gesekan di aliran pipa.
Secara prinsip lapisan geser berada di dinding di daerah aliran. Dimana viskositas turbulen berada di dinding pipa, untuk menyelesaikan masalah ini, kita harus menentukan viskositas layer karena hal ini penting untuk menentukan pressure drop yang terjadi.
Apa efek aliran dalam pipa, aliran itu menyebabkan gesekan dan gesekan ini menghambat energi aliran maka aliran tersebut. Kemudian, dari situ kita tau untuk ditambahkan pompa karna ada geseran pada dinding-dindingnya.
Pada pertanyaan ini, kecepatan friksional, tegangan geser adalah tegangan yang kita cari, dari pressure drop kita bisa menentukan tegangan geser pada soal, dari tegangan geser kita bisa tau frictional velocity yg u aksen tadi nah dari situ kita bisa mendapatkan tebal sublayer atau lapisan.
b) Center line velocity
Masalah sublayer itu ketebalan tipisnya mempengaruhi gaya gesek pada satu aliran, bagaimana cara kita untuk mengurangi sublayer tersebut?
Jawab kita kembali ke rumusan dasar, kita lihat viskositas dan regangan, untuk mengurangi sublayer maka kita harus mengurangi regangan, artinya gradien pada sublayer tsb harus dikurangi.
Prinsip utamanya yaitu fisika fenomena, viskositas dan gradiennya yang harus dikendalikan (energi) biar tidak terjadi perubahan tegangan, tinggal bagaimana kita mengendalikan viskositas atau gradien kecepatan. Fenomenanya diidentifikasi dulu tekanan yang di analisis dulu yang berat atau mengalami masalah itu dimana, maka, di zona tertentu itu kita harus kendalikan untuk menekan rugi-rugi aliran.
c) Apa efek aliran fluida?
Aliran fluida menabrak dinding menyebabkan tegangan geser, kita juga harus tau medan aliran yaitu distribusi kecepatan (tau) sama dengan miu do u/do y, untuk itu kita bisa mendapatkan kecepatan lokal di setiap medan aliran yaitu u, u sulit untuk diprediksi karna u dapat berubah dalam setiap milisecond, bagaimana cara kita menentukannya, pertama melalui pendekatan statistik atau grafik yang bisa mewakili u, lalu dibuat fluktuasi ini dengan menentukan kecepatan rata2 pada grafik yang naik turun.
Setelah itu melakukan pendekatan lain yaitu mendekomposisi atau menguraikan kecepatan aliran tersebut dalam berupa kecepatan rata2 dan ditambah kecepatan fluktuasinya VA=VA+VA aksen dimana kecepatan rata rata interval waktu T adalah waktu yg diperlukan partikel fluida untuk mengalami pusaran yang besar atau large eddies.
Artikel 6: Moody Diagram
Grafik atau diagram diatas merupakan diagram Moody. Diagram ini menunjukkan jenis suatu aliran dengan membaca angka–angka yang telah diketahui. Diagram ini memudahkan analisis jenis-jenis aliran dalam pipa. Diagram ini menunjukkan bahwa di bagian kanan atas aliran turbulen dan bagian atas kiri adalah laminar. Cara membacanya adalah, pertama-tama untuk menentukan faktor gesekan, nilai kekasaran relatif dari pipa dapat dilihat di sebelah kanan. Kemudian cari Reynolds number di bagian bawah, tarik keatas sampai memotong, sebelah kiri akan didapatkan nilai faktor gesekan dan jenis aliran apakah turbulen ataukah laminar.
Pertemuan 6: Minor Losses dan Major Losses
Pertemuan 6: Minor Losses dan Major Losses ; Rabu, 15 April 2020
Delta p: menjadi losses (yang kemudian terdisipasi) menjadi energi tekanan menjadi energi panas atau dari sistem tersebut keluar panasnya atau naik temperaturnya pada dinding
Delta u: perubahan energi dalam
daya = gaya dikali kecepatan
Tegangan adalah sebuah besaran didalam mekanikal bukan merupakan vektor dan juga skalar(yg diliat dari komponen dalam ruang dimana vektor ada 3 dan skalar ada 1) tegangan ini ada 9 komponen: tegangan tarik geser tekan xy xz yz yx zx zy xx yy zz
Tekanan ini adalah komponen tegak lurus terhadap tegangan, inilah yg menunjukkan sesungguhnya tekanan itu adalah besarnya energi per satuan volume nya
Kesimpulannya adalah Delta p adalah loss of energy
Kemudian muncul pertanyaan,
Apakah diameter/volume lebih besar, jikalau pressure drop nya kecil?
Jawab:
Pressure drop atau Delta p ada yang major yaitu pada pipa lurus yang kita pelajari sebelumnya, juga ada yang minor pada perlengkapan pipa contohnya belokan pipa sambungan pipa katup dll.
Major Losses dan Minor Losess berbeda, yang major yg menyebabkan viskositas fluida, secara prinsip sama disipasi dari peranan sifat viskos, kalo major losses adalah efek viskos pada dinding, kalo minor adalah efek viskos bukan pada dinding
Di dalam fluida terdapat energi dalam, energi potensial dan kinetik yang tergantung dengan perlakuan fluida tersebut dan semuanya meng-interchange hukum konservasi energi
de/dt = Q+W kalo dalam kondisi ideal atau tidak ada losses kita dapat menurunkan dalam persamaan bernoulli yaitu p+1/2 ro v^2 + ro.g.h = konstan
Artinya persamaan bernoulli tersebut adalah persamaan ideal dari konservasi energi yang tidak terjadi losses / no energi losses untuk incompressible flow, jadi selama prosesnya tidak ada kemampatan, aliran dianggap non viscous juga.
Jika persamaan konservasi energi untuk aliran viscous atau persamaan real untuk persamaan ideal incompressible, steady state, seperti ada pada contoh soal:
Kemudian, dibahas perbedaan incompressible fluid dan flow
contoh udara adalah compressible fluids, jika kecepatannya kurang dari 100 m/s atau M<0.3 maka udara ini disebut dengan incompressible flow. kenapa dibawah 100 karna dibawah 100 aliran itu densitasnya tidak berubah, kalo kecepatannya tinggi, dalam perjalanannya dapat berubah densitasnya contoh M=1 itu kecepatannya mendekati kecepatan suara atau aliran bergerak supersonik dengan rumusnya:
p = ro.R.T
Perubahannya bergantung pada rumus tersebut pada aliran yang kecepatannya sangat tinggi (supersonik)
Pada contoh soal 8.6. Dapat dibahas pertanyaannya yang kemudian mengacu pada Moody Diagram
Pada Moody Diagram delta p satuannya pascal, rumus pada hL satuannya meter, sama saja duaduanya energi, cuman kalo hL ini sesungguhnya suatu energi yg dimiliki untuk dia dapat mengangkat satu fluida sebesar satu newton 1 newton air = 10 meter hL
untuk mayor losses: Delta p adalah f(faktor gesek). L/D. ro. V^2
Faktor gesek adalah beda beda setiap pipa, cara mencarinya adalah dari bilangan RE, dan kekasaran atau lambangnya Ɛ. untuk kekasaran pipa yg rendah, peranan reynolds number masih dianggap, tetapi semakin sangat kasar bilangan reynolds tidak berpengaruh seperti pada Moody Diagram
Losses juga tidak hanya bergantung pada gesekan, tetapi kalo pipanya sangat kasar dan banyak tonjolan maka aliran tersebut juga mengalami losses tetapi bukan karena gesekan tetapi karena vortex atau struktur kekasaran pipa itu sendiri. Jadi, sensitivitas reynold pada losses hanya berpengaruh pada pipa halus, kalo pipa kasar, yg berpengaruh ya hanya kekasaran pipa itu sendiri.
Kemudain setiap mahasiswa mensimulasikan cfdsof itung delta p dan dibandingkan di tabel moody mencoba membuktikan secondary flow akan menyebabkan minor losses atau delta p, pilih di buku munson bentuk2 perlengkapan pipa sendiri sendiri.
vortex itu disebut secondary flow yang menyebabkan losses
Minor losses: Delta p= K. 1/2. ro. V^2
Major losses: Delta p= f. L/D. ro. V^2
Pertemuan 7: Bimbingan Skripsi: Konversi Energi Air
Pertemuan 7: Bimbingan Skripsi: Konversi Energi Air ; Selasa, 21 April 2020
Pada Pertemuan kali ini, Pak Dai memberikan kesempatan bagi bang Agil M'16 untuk menyampaikan materi dari skripsi beliau mengenai konversi energi air ke mekanikal energi. Konsep tersebut adalah gaya yang ditimbulkan oleh air menyebabkan gerakan blade turbin air akibat perubahan momentum. Dengan energi kinetik menyebabkan perubahan momentum dan energi potensial terjadi karena perbedaan ketinggian H.
Pertemuan 8: Diskusi Wikipage Mahasiswa
Pertemuan 8: Diskusi Wikipage Mahasiswa ; Rabu, 22 April 2020
Pada pertemuan hari ini, Mahasiswa yang telah mengikuti diskusi Soal Tanya-Jawab, diminta mendiskusikan pendapat mereka masing-masing mengenai artikel yang telah di buat oleh setiap mahasiswa, Kemudian Pak Dai memberikan tugas besar dengan deadline H-7 sebelum UAS untuk membuat makalah mengenai aliran fluida internal atau external flow.
- Internal flow : aliran fluida pada suatu pipa
- External flow : aliran fluida melewati bodi mobil
Pertemuan 9: Diskusi Wikipage Mahasiswa
Pertemuan 9: Diskusi Wikipage Mahasiswa ; Selasa, 28 April 2020
Pada pertemuan hari ini seperti pertemuan sebelumnya, Mahasiswa yang telah mengikuti diskusi Soal Tanya-Jawab, kembali diminta mendiskusikan pendapat mereka masing-masing mengenai artikel yang telah di buat oleh setiap mahasiswa.
Pertemuan 10: Eksternal Flow
Pertemuan 10: Eksternal Flow ; Rabu, 29 April 2020
Pada pertemuan hari ini, Pak Dai memberikan penjelasan tentang eksternal flow, dimana digambarkan dalam aplikasi pada sayap pesawat terdapat dua tegangan yaitu: Tegangan Normal dan Geser.
Tegangan Normal: yang mempengaruhi gaya angkat pada pesawat
Tegangan Geser yang mempengaruhi laju pesawat akibat drag coefficient.
Kemudian dilanjutkan dengan, Bang Edo juga memberikan simulasi pada CFD-SOF mengenai streamline pada eksternal flow dengan aplikasi pada mobil. Lalu, setelah itu dibuat mesh berbentuk box untuk menyelubungi bodi mobil, hal tersebut bertujuan dalam hasil simulasi streamline dari bagian area mobil yang dilewati aliran fluida berupa udara. Langkah selanjutnya menentukan fluid properties, dimana terdapat perubahan yaitu sifat aliran dari laminar menjadi Reynold Average Navier Stokes (RENS). Setelah itu dilakukan running pada tool CFD solve dan didapatkan grafik residual dan analisis aliran fluida pada geometri mobil di software Paraview, berikut hasil running tersebut. Hasil dari simulasi tersebut terlihat streamline mengalir disekeliling geometri mobil hingga melewati bagian belakang mobil. Dengan menghasilkan dua streamline dari aliran fluida tersebut setelah dilalui mobil.
Tugas Besar: Analisa Pengaruh Winglets pada Motorsport terhadap Kecepatan Aliran Udara pada Perlombaan Balap Motor
Analisa Pengaruh Winglets pada Motorsport terhadap Aliran Udara pada Perlombaan Balap Motor
Beberapa tim pada ajang MotoGP, telah merilik penggunaan sayap tambahan pada bodi motor nya. Namun sebelumnya, tim yang pertama kali menggunakan winglet ini ialah tim asal negri Italia yakni Ducati. Sejak musim 2015 silam Ducati memang telah menggunakan winglet pada motor yang dikendarai oleh Andrea Dovizioso dan Andrea Iannone untuk mengatasi masalah pada motor Ducatinya ini(https://www.otomaniac.com/fungsi-winglet-pada-motor-gp/)
Sebenarnya, fungsi utama winglets adalah untuk menghadirkan downforce (gaya tekan ke bawah) yang dihasilkan secara aerodinamika untuk melawan wheelie yang secara natural terjadi akibat torsi besar yang dihasilkan mesin Prototipe MotoGP.
Selanjutnya, akan saya analisa dan bahas pada Tugas Besar saya yang berjudul Analisa Pengaruh Winglets pada Motorsport terhadap Aliran Udara pada Perlombaan Balap Motor
