Fluida Dinamik

Fluida dinamik adalah fluida dalam keadaan bergerak atau mengalir. Syarat bagi fluida untuk

mengalir adalah adanya perbedaan besar gaya antara dua titik yang dijalani oleh fluida

tersebut. Penyebab peristiwa mengalirnya fluida pada dua sistem adalah GAYA. Gaya

adalah penyebab bergeraknya suatu benda.

Pada gambar sebelah kiri, gaya itu muncul dalam bentuk tekanan hidrostatika pada fluida di

dalam tangki. Tekanan hidrostatika di dalam tangki lebih besar dari tekanan hidrostatika di

pipa U. Maka dari itu bergeraklah fluida ini dari dalam tangki menuju pipa U. Jadi, fluida

bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah; atau dari gaya yang besar ke gaya yang lebih

kecil

Ciri-ciri umum dari aliran fluida :

1. Aliran fluida bisa berupa aliran tunak (steady) dan aliran tak tunak (non-steady). aliran

fluida dikatakan aliran tunak jika kecepatan setiap partikel di suatu titik selalu sama.

2. Aliran fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan aliran tak-termapatkan

(incompressible). Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volum (atau massa

jenis) ketika fluida tersebut ditekan, maka aliran fluida itu disebut aliran termapatkan.

Sebaliknya apabila jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volum (atau

massa jenis) ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak termampatkan.

Kebanyakan zat cair yang mengalir bersifat tak-termampatkan.

3. Aliran fluida bisa berupa aliran berolak (rotational) dan aliran tak berolakan (irrotational).

Debit

Debit menyatakan volume suatu fluida yang mengalir melalui penampang tertentu dalam

selang waktu tertentu. Secara matematis, bisa dinyatakan sebagai berikut :

Ketika fluida mengalir dalam pipa tersebut sejauh L, misalnya, maka volume fluida yang ada

dalam pipa adalah V = AL (V = volume fluida, A = luas penampang dan L = panjang pipa).

Karena selama mengalir dalam pipa sepanjang L fluida menempuh selang waktu tertentu,

maka kita bisa mengatakan bahwa besarnya debit fluida :

Dengan demikian, ketika fluida mengalir melalui suatu pipa yang memiliki luas penampang

dan panjang tertentu selama selang waktu tertentu, maka besarnya debit fluida (Q) tersebut

sama dengan luas permukaan penampang (A) dikalikan dengan laju aliran fluida (v)

Hukum II Newton

Sebagai partikel, fluida bergerak dari satu lokasi ke lokasi lain, biasanya mengalami

percepatan atau de-Percepatan. Menurut hukum kedua Newton tentang gerak, gaya total yang

bekerja pada partikel fluida di bawah pertimbangan harus sama massanya kali percepatannya

F = ma

Dalam hal ini kita mempertimbangkan gerak cairan inviscid. Artinya, cairan diasumsikan

memiliki viskositas nol. Jika viskositas adalah nol, maka konduktivitas termal dari fluida juga

nol dan tidak ada transfer panas 1 kecuali oleh radiation 2 Dalam prakteknya tidak ada cairan

inviscid, karena setiap cairan mendukung tegangan geser ketika mengalami tingkat

perpindahan regangan . Untuk banyak situasi, arus efek viskos yang rela-tively kecil

dibandingkan dengan efek lainnya. Sebagai pendekatan pertama untuk kasus-kasus seperti itu

sering possi-ble mengabaikan efek viskos. Misalnya, sering pasukan kental dikembangkan di

air yang mengalir mungkin beberapa kali lipat lebih kecil dari pasukan karena pengaruh lain,

seperti perbedaan gravitasi atau tekanan. Untuk situasi aliran air lainnya, namun, efek viskos

dapat menyeluruh. Demikian pula, efek viskos yang berhubungan dengan aliran gas yang

sering diabaikan, al-meskipun dalam beberapa keadaan mereka sangat penting.

Untuk menerapkan hukum kedua Newton untuk cairan atau setiap objek lain, kita harus

mendefinisikan sistem di mana untuk menggambarkan gerak koordinat. Secara umum gerak

tiga dimensi bergerak sehingga tiga koordinat ruang dan waktu diperlukan untuk

menggambarkan hal itu. Ada banyak sistem koordinat tersedia, termasuk persegi panjang dan

silindris sistem yang paling sering digunakan ditunjukkan oleh angka dalam margin.

Biasanya perintah geometri aliran tertentu sistem yang akan paling sesuai.

Untuk menerapkan hukum kedua Newton untuk partikel yang mengalir di sepanjang arus,

kita harus menulis percepatan partikel dalam hal koordinat merampingkan. Menurut definisi,

percepatan adalah tingkat perubahan terhadap waktu dari kecepatan partikel, Untuk aliran dua

dimensi di x-z

pesawat, percepatan memiliki dua komponen-satu sepanjang garis-arus, percepatan

streamwise, dan satu normal-arus.

Secara umum tidak mungkin untuk mengintegrasikan istilah tekanan karena kepadatan

mungkin tidak konstandan, karena itu, tidak dapat dihapus dari bawah tanda integral. Untuk

menggunakan integrasi ini kita harus tahu secara spesifik bagaimana kepadatan bervariasi

dengan tekanan. Hal ini tidak selalu mudah ditentukan. Misalnya, untuk gas sempurna

kepadatan, tekanan, dan suhu terkait sesuai dengan ρ = P / RT, di mana R adalah konstanta

gas. Untuk mengetahui bagaimana kepadatan bervariasi dengan tekanan, kita juga harus

mengetahui variasi suhu. Untuk saat ini kita akan mengasumsikan bahwa kerapatan dan berat

jenis yang konstan dalam aliran compressible. Persamaan Ini mengasumsikan representasi

sederhana berikut untuk stabil, inviscid, aliran mampat.

Dengan demikian, bentuk akhir dari hukum kedua Newton diterapkan di seluruh arus untuk

stabil, in-viscid, aliran incompressible adalah

Seperti dengan persamaan Bernoulli, kita harus berhati-hati bahwa asumsi yang terlibat alam derivasi dari persamaan ini tidak dilanggar bila digunakan

HUKUM BERNOULLI

Persamaan yang telah dihasilkan oleh Bernoulli tersebut juga dapat disebut sebagai Hukum

Bernoulli, yakni suatu hukum yang dapat digunakan untuk menjelaskan gejala yang

berhubungan dengan gerakan zat alir melalui suatu penampang pipa. Hukum tersebut

diturunkan dari Hukum Newton dengan berpangkal tolak pada teorema kerja -tenaga aliran

zat cair dengan beberapa persyaratan antara lain aliran yang terjadi merupakan aliran

steady(mantap, tunak), tak berolak (laminier, garis alir streamline), tidak kental dan tidak

termampatkan. Persamaan dinyatakan dalam Hukum Bernoulli tersebut melibatkan hubungan

berbagai besaran fisis dalam fluida, yakni kecepatan aliran yang memiliki satu garis arus,

tinggi permukaan air yang mengalir, dan tekanannya. Bentuk hubungan yang dapat dijelaskan

melalui besaran tersebut adalah besaran usaha tenaga pada zat cair. Secara matematis dapat

dinyatakan sebagai berikut:

Pada hal v = m/ρ, maka persamaan dapat diubah menjadi :

atau dapat diubah menjadi :

Persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi :

atau ditulis secara umum menjadi :

Persamaan di atas merupakan persamaan yang menyatakan Hukum Bernoulli yang

menyatakan hubungan antara kecepatan aliran dengan tinggi permukaan air dan tekanannya.

Persamaan hidrostatika merupakan kejadian khusus dari penerapan Hukum Bernoulli bila

fluida dalam keadaan diam, yakni bahwa fluida tersebut. Fluida dala keadaan statis maka

kecepatan alirannya di mana-mana akan sama dengan nol.

Persamaan Bernoulli pada Fluida Diam

Kasus khusus dari persamaan Bernoulli adalah untuk fluida yang diam (fluida statis). Ketika

fluida diam alias tidak bergerak, fluida tersebut tentu saja tidak punya kecepatan. Dengan

demikian, v1 = v2 = 0. Pada kasus fluida diam, persamaan Bernouli rumuskan menjadi :

Persamaan Bernoulli pada Tabung Alir atau Pipa yang ketinggiannya sama

Jika ketinggian tabung alir atau pipa sama, maka persamaan Bernoulli menjadi :

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa di mana kecepatan aliran fluida tinggi, tekanan fluida

tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika kecepatan aliran fluida rendah, tekanannya menjadi

tinggi.

APLIKASI FLUIDA DINAMIS UNTUK INDUSTRI

Engineering Prosess & Chemical Desain dan Analisis Pembakaran (termasuk pembakaran gas, pembakaran bbm,

pembakaran batubara) Desain Aerodinamika (Otomotif, Penerbangan, dll) Pendinginan Komponen Elektronika (Industri Eleltronik, Manufaktur, dll) Pembangkit Tenaga (Listrik) Materials Processing Spray Drying/Cooling Gas Cleaning Desain Arsitektural (Aliran Udara/Polutan Internal/Eksternal Bangunan) Fire Research