MEKANIKASejarah Mekanika FluidaFLUIDAMekanika fluida adalah suatu ilmu yang memelajari perilaku fluida baik dalam keadaan diam (static) maupun bergerak (dynamic) serta akibat interaksi dengan mediabatasnya (zat padat atau fluida dengan an lain) . Seperti kebanyakan disipilinilmu lainnya, mekanika fluida mempunyai sejarah panjan dalam pencapaian hasil-hasil pokok hin a menuju ke era modern seperti sekaran ini. Mekanika fluida berkemban sejalan den an perjalanan perkemban an peradaban manusia. Banyak aspek kehidupan manusia yan terkait den an mekanika fluida, seperti transportasi, industri, aerodinamik ban unan, mesin-mesin fluida, dan kesehatan. Ilmu mekanika fluida sudah terfikirkan sejak zaman pra sejarah. Hal tersebut dibuktikan den an adanya beberapa hal yan berkaitan den an permasalahan fluida. Seperti adanya kapal layar yan dilen kapi den an dayun dan system pen airan. Adapun para nama-nama yan dapat kita sebut diantaranya adalah. Yan pertama mempelajari hidrolika adalah LEONARDO DA VINCI (perten ahan abad XV) den an karya tulisnya : ON THE FLOW OF WATER AND RIVER STRUCTURES. Setelah itu ia melakukan observasi dan memperoleh pen alaman memban un instalasi hidrolika di MILAN ( ITALIA ) dan ju a di FLORENCE dsb. Berikutnya muncul GALILEO den an studi sistematik men enai dasardasarhidrostatika. Pada 1643 seoran murid GALILEO bernama TORRICELLI memperkenalkanhukum tentan aliran-bebas zat cair melewati loban (celah). Pada 1650 diperkenalkan hukum distribusi tekanan dalam zat cair yan dikenal den an hukum PASCAL. Hukum tentan esekan dalam fluida yan men alir; yan san at terkenal sampai saat ini dirumuskan oleh ISAAC NEWTON. Selain itu ia ju a dikenal seba ai penemu teori viskositas, dan pula dasar teori men enai similaritas hidrodinamik. Salah satu ilmu berhar a dari Newton adalah Hukun Newton Akan tetapi hukum -hukum tersebut sampai den an perten ahan abad XVIII statusnya masih n amban karena tak adailmu yan betul-betul mendalam tentan sifat fluida. Dasar teori mekanika fluidadan hidrolika kemudian menjadi baku setelah DANIEL BERNOULLI dan LEONHARD EULERRizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Pa e 1MEKANIKAFLUIDAmemperkenalkan ilmunya dalam abad XVIII. DANIEL BERNOULLI seoran pakar kelahiran SWISS (1700 1780) Pada masa prasejarah, kebudayaan-kebudayaan kuno sudah memiliki pen etahuan yan cukup untuk memecahkan persoalan-persoalan aliran tertentu.Seba ai contoh perahu layar yan sudah dilen kapi den an dayun dan sistem penairan untuk pertanian sudah dikenal pada masa itu. Pada abad keti a sebelum Masehi, Archimedes dan Hero dari Iskandariah, memperkenalkan hukum jajaran enjan untuk penjumlahan vektor. Selanjutnya Archimedes (285-212 SM) merumuskan hukum apun dan menerapkannya pada benda-benda terapun atau melayan , dan ju a memperkenalkan bentuk kalkulus differensial seba ai dasar dari model analisisnya. Sejakawal Masehi sampai zaman Renaissance telah terjadi perbaikan dalam rancan an sistem-sistem aliran seperti: kapal, saluran, dan talan air. Akan tetapi tidak adabukti-bukti adanya perbaikan yan mendasar dalam analisis alirannya. Akhirnya kemudian Leonardo da Vinci (1452-1519) menjabarkan persamaan kekekalan massa dalam aliran tunak satu-dimensi. Leonardo da Vinci adalah ahli ekspremen yan ulun ,dan catatancatatannya berisi deskripsi men enai elomban , jet atau semburan, loncatan hidraulik, pembentukan pusaran dan rancan an-rancan an seretan-rendah (ber aris-alir) serta seretan-tin i (parasut). Galileo (1564-1642) memperkenalkanbeberapa hukum tentan ilmu mekanika. Seoran Perancis Edme Moriotte (1642-1684) memban un terowon an an in yan pertama dan men uji model-model di dalam eksperimenya. Soal-soal men enai permasalahan momentum fluida akhirnya dapat dianalisis oleh Isaac Newton (1642-1727) setelah memperkenalkan hukum-hukum erak dan hukum kekentalan untuk fluida linear yan sekaran dinamakan fluida Newton. Teoriitu mula-mula didasarkan pada asumsi fluida ideal (sempurna) dan tanpa esekan dan para ahli matematikawan abad kedelapan belas seperti: Daniel Bernoulli dan Leonhard Euler (Swiss), Clairaut dan DAlembert? (Perancis), Joseph-Louis? La ran e(1736-1813), Pierre-Simon? Laplace (1749-1827), dan Gerstner (1756-1832), men emban kan ilmu matematika untuk mekanika fluida (Hidrodinamika) dan banyak men hasilkan penyelesaian-penyelesaian dari soal-soal aliran tanpa esekan. Sedan kan Euler men emban kan persamaan erak diferensial dan bentuk inte ralnya yan sekaran disebut persamaan Bernoulli.Rizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Pa e 2MEKANIKAFLUIDADAlembert?. memakai persamaan ini untuk menampilkan paradoksnya bahwa suatu bendayan terbenam di dalam fluida tanpa esekan mempunyai seretan nol, sedan kan Gerstner memakai persamaan Bernoulli untuk men analisis elomban permukaan. Paraahli teknik mulai menolak teori yan sama sekali tidak realistik dan mulai men emban kan hidraulika yan bertumpu pada ekperimen. Ahli-ahli eksperimen seperti Pitot, Chezy, Borda, Bossut, Coulomb (1736-1806), Weber (1804-1891), Francis (1815-1892), Russel (1808-1882), Ha en (1797-1889), Frenchman Poiseuille (1799-1869), Frenchman Darcy (1803-1858), Mannin (1816-1897), Bazin (1829-1917) dan SaxonWeisbach (18061871) banyak men hasilkan data tentan beraneka ra am aliran seperti saluran terbuka, hambatan kapal, aliran melalui pipa, elomban , dan turbin.Pada akhir abad kesembilan belas hidraulika eksperimental dan hidrodinamika teoritis mulai dipadukan. William Froude (1810-1879) dan putranya, Robert (1842-1924) men emban kan hukum-hukum pen ujian model, Lord Raylei h (1842-1919) men usulkan metode analisis dimensional, N.P. Petrov (1836-1920) yan menyelidiki aplikasi teori Newton tentan esekan dalam fluida ; sehin a dian ap seba ai penemu teori Pelumas Mesin (lubrication), dan Osborne Reynolds (1842-1912) memperkenalkan bilan an Reynolds takberdimensi yan diambil dari namanya sendiri. Sementara itu, sejak Navier (1785-1836) dan Stokes (1819-1903) menambahkan suku-suku kentalnewton pada persamaan erak dan dikenal den an persamaan Navier-Stokes ? yan belum dapat di unakan untuk aliran sembaran . Selanjutnya pada tahun 1904 setelahseoran insinyur Jerman Ludwi Prandtl (1875-1953) menerbitkan makalah yan palin pentin yan pernah ditulis oran di bidan mekanika fluida yaitu bahwa aliran fluida yan kekentalannya rendah seperti aliran air atau aliran udara dapat dipilah menjadi suatu lapisan kental (lapisan batas) di dekat permukaan zat padatdan antar muka dan lapisan luar yan hampir encer yan memenuhi persamaan Eulerdan Bernoulli. Teori lapis batas ternyata merupakan salah satu alat yan palinpentin dalam analisis-analisis aliran modern disampin teori yan dikemban kanoleh Theodore von Karman (1881-1963) dan Sir Geofrey I. Taylor (1886-1975). Perkemban an ilmu mekanika fluida dewasa ini san at dipercepat den an perkemban anmetode pen ukuran / instrumentasi yan dldukun den an erkemban an komputer, baik dalam hal peran kat keras maupun peran kat lunak (software). Selain ilu,Rizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Pa e 3MEKANIKAFLUIDAperkemban an metode komputasi flluida san at membantu untuk men analisa hasil-hasil eksperimen di laboratorium. Metode komputasi ini bersifat seba ai counter part dari hasil eksperimen. Berba ai studi eksperimen dan numerik/komputasi fluidatelah diusahakan untuk menin katkan peran mekanika fluida didalam penin katan efisiensi ener i. Usaha penurunan aya dra akibat sifat kentalnya fluida merupakan satu contoh konkrit dalam usaha penin katan unjuk kerja sebuah peralatan yanmen unakan fluida seba ai media kerja. Didalam sistem pen ajaran di per uruantin i, mekanika fluida diajarkan di berba al jurusan, terutama jurusan-jurusanyan terkait den an ilmu pen etahuan alam, khususnya ilmu keteknikan. Seba ai contoh, ilmu mekanika fluida selain diajarkan di Jurusan Teknik Mesin ju a diajarkan di Jurusan Teknik Fisika, Teknik Sipil, Teknik Lin kun an, dan Teknik Kelautan Den an teknolo i CFD, seoran insinyur tidak la i punya kesulitan dalam men analisa system unit proses den an aliran fluida, reaksi dan perpindahan panas. Setiap perancan an dan analisa permasalahan operasi dapat ditelusuri secara ti a dimensi dari hasil simulasi kinerja unit proses ini. Software komersial CFD telahdilen kapi den an kemampuan dalam pembuatan model eometri komputasi sekomplek apapun. Model eometri yan dibuat ju a dapat dibuka pada software CAD lainnya. Seba ai hasilnya, simulasi aliran dan kinerja lainnya menjadi pern akat simulasiuntuk peranan an dan analisa permasalahan yan rutin dipakai. Model-model prosesyan di unakan oleh software CFD terus bertambah banyak. Aliran tubulen dimodelkan den an berba ai bentuk model turbulen. Peristiwa pembakaran yan dilan sunoleh burner dalam ruan an pembakaran ju a dimodelkan den an baik oleh CFD. Reaksi kimia dalam reactor katalis homo en dan hetero en dapat disi i secara komprehensif melalui pemodelan ti a dimensi teknolo i CFD ini. Aliran fluida multifasa ju a termasuk model yan ada dalam CFD. Perpindahan panas konduksi, konveksi danradiasi dapat disimulasi pada kondisi operasi unit proses. Geometri unit prosesdimana model-model di atas diselesaikan berukuran terpasan tanpa melalui faktorpenskalaan la i. Data hasil simulasinya san at komprehensif jauh melebihi kemampuan penyi ian dari pen ukuran.Rizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Pa e 4MEKANIKA1. ArchimedesFLUIDAArchimedes yan hidup di Yunani pada tahun 287 sampai 212 sebelum masehi, adalahseoran matematikawan, fisikawan, astronom sekali us filusuf. Archimedes dilahirkan di kota pelabuhan bernama Syracuse, kota ini sekaran dikenal seba ai Sisilia. Archimedes merupakan keponakan raja Hiero II yan memerintah di Syracuse pada masa itu. Ia dibunuh oleh seoran prajurit Romawi pada penjarahan kota Syracusa, meskipun ada perintah dari jendral Romawi, Marcellus bahwa ia tak boleh dilukai. Seba ian sejarahwan matematika memandan Archimedes seba ai salah satu matematikawan terbesar sejarah, mun kin bersama-sama Newton dan Gauss. Nama Archimedes menjadi terkenal setelah ia melompat dari bak mandinya dan berlari-lari telanjan setelah membuktikan bahwa mahkota raja tidak terbuat dari emas murni. Ucapannya "Eureka (aku menemukannya)" menjadi terkenal sampai saat ini. Archimedes jua merupakan oran pertama yan mendefinisikan sistem an ka yan men andun "myriad (10000)", myramid menunjukkan seuatu bilan an yan nilainya tak berhin a. Iaju a mendefinisikan perbandin an antara kelilin lin karan dan jarijari lin karan yan dikenal seba ai pi sebesar 3.1429. Raja Hiero II kala itu terikat perjanjian den an ban sa Romawi. Syracuse harus men irimkan andum dalam jumlah yan besar pada ban sa Romawi, a ar mereka tidak diseran . Hin a pada suatu ketika Hiero II tidak mampu la i men irim andum dalam jumlah yan ditentukan. Karena ituArchimedes ditu askan merancan dan membuat kapal jenis baru untuk memperkuat an katan laut raja Hiero II. Pada masa itu, kapal yan dibuat oleh Archimedes adalah kapal yan terbesar. Untuk dapat men amban , kapal ini harus dikerin kan dahulu dari air yan men enan i dek kapal. Karena besarnya kapal ini, jumlah air yan harus dipindahkanpun amat banyak. Karena ituArchimedes menciptakan sebuah alat yan disebut "Sekrup Archimedes". Den an ini air dapat den an mudah disedot dari dek kapal. Ukuran kapal yan besar ini ju a menimbulkan masalah lain. Massakapal yanRizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Pa e 5MEKANIKAFLUIDAberat, menyebabkan ia sulit untuk dipindahkan. Untuk men atasi hal ini, Archimedes kembali menciptkan sistem katrol yan disebut "Compound Pulley". Den an sistem ini, kapal tersebut beserta awak kapal dan muatannya dapat dipindahkan hanya den an menarik seutas tali. Kapal ini kemudian diberi nama Syracusia, dan menjadikapal palin fenomenal pada zaman itu. Selama peran den an ban sa Romawi, yandikenal den an peran punik kedua, Archimedes kembali berjasa besar. Archimedesmendesain sejumlah alat pertahanan untuk mence ah pasukan Romawi di bawah pimpinan Marcus Claudius Marcellus, merebut Syracuse. Saat armada Romawi yan terdiridari 120 kapal mulai tampak di cakrawala Syracuse. Archimedes berfikir keras untuk mence ah musuh merapat dipantai. Archimedes kemudian mencoba membakar kapalkapal Romawi ini den an men unakan sejumlah cermin yan disusun dari perisai-perisai prajurit Syracuse. Archimedes berencana untuk membakar kapal-kapal musuh den an memusatkan sinar matahari. Namun rencana ini tampaknya kuran berhasil. Hal ini disebabkan untuk memperoleh jumlah panas yan cukup untuk membakar sebuahkapal, kapal tersebut haruslah diam. Walaupun hasilnya kuran memuaskan, den analat ini Archimedes berhasil menyilaukan pasukan Romawi hin a mereka kesulitanuntuk memanah. Panas yan ditimbulkn den an alat ini ju a berhasil membuat musuhke erahan, hin a mereka lelah sebelum berhadapan den an pasukan Syrcuse. Saatmusuh mulai men epun pantai Syracuse, Archimedes kembali memutar otak. Tujuannya kali ini adalah mencari cara untuk menen elamkan kapal-kapal Romawi ini. Archimedes kemudian menciptakan alat yan disebut cakar Archimedes. Alat ini bentuknya mirip derek pada masa kini. Setelah alat ini secara diam-diam dikaitkan ke badan kapal musuh, derek ini kemudian ditarik. Akibanya kapal musuh akan olen , atau bahkan robek dan ten elam. Selain kedua alat ini Archimedes ju a men emban kan ketapel dan balista untuk melawan pasukan Romawi. Namun sayan nya walaupun didukun berba ai penemuanRizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Pa e 6MEKANIKAFLUIDAArchimedes, Syracuse masih kalah kuat dibandin kan pasukan Romawi. Archimedespunakhirnya terbunuh oleh pasukan Romawi. Saat tewas Archimedes sedan men erjakanpersoalan eometri den an men ambarkan lin karan-lin karan di atas tanah. Sebelum dibunuh ia meneriaki pasukan Romawi yan lewat "Jan an an u lin karanku!!!Archimedes screw, pi (konstanta matematika), prinsip hydrostatic Archimedes terkenal den an teorinya tentan hubun an antara permukaan dan volume dari sebuah bola terhadap selinder. Dia ju a dikenal den an teori dan rumus dari prinsip hydrostatic dan peralatan untuk menaikkan air - Archimedes Screw atau sekrup Archimedes, yan sampai sekaran masih banyak di unakan di ne ara-ne ara berkemban .Walaupun pen un kit atau un kitan telah ditemukan jauh sebelum Archimedes lahir,Archimedes yan men emban kan teori untuk men hitun beban yan dibutuhkan untuk pen un kit tersebut. Archimedes ju a di olon kan seba ai salah satu ahli matematika kuno dan merupakan yan terbaik dan terbesar di jamannya. Perhitun an dariArchimedes yan akurat tentan len kun an bola di jadikan konstanta matematikauntuk Pi atau . Archimedes lahir ada tahun 287 Sebelum Masehi di suatu kota elabuhan Syracuse, Sicily (sekarang Italia). Dalam masa mudanya, Archimedes dierkirakan mendaatkan endidikannya di Alexandria, Mesir.Air diindahkan keatas melalui sebuah ulir ada sebuah Archimedes Screw Kisah tentang Archimedes yang banyak diceritakan oleh orang adalah kisah saat Archimedesmenemukan cara dan rumus untuk menghitung volume benda yang tidak memunyai bentuk baku. Menurut kisah tersebut, sebuah mahkota untuk raja Hiero II telah dibuat dan raja memerintahkan Archimedes untuk memeriksa aakah mahkotaRizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Page 7MEKANIKAFLUIDAtersebut benar-benar terbuat dari emas murni ataukah mengandung tambahan erak.Karena Raja Hiero II tidak memercayai embuat mahkota tersebut. Saat Archimedesberendam dalam bak mandinya, dia melihat bahwa air dalam bak mandinya tertumahkeluar sebanding dengan besar tubuhnya. Archimedes menyadari bahwa efek ini daat digunakan untuk menghitung volume dan isi dari mahkota tersebut. Dengan membagi berat mahkota dengan volume air yang diindahkan, keraatan dan berat jenis dari mahkota bisa dieroleh. Berat Jenis mahkota akan lebih rendah dariada beratjenis emas murni aabila embuat mahkota tersebut berlaku curang dan menambahkan erak atauun logam dengan berat jenis yang lebih rendah. Karena terlalu gembira dengan enemuannya ini, Archimedes melomat keluar dari bak mandinya, lua berakaian terlebih dahulu, berlari keluar ke jalan dan berteriak "EUREKA!" atau 'Saya menemukannya' .Beban 5kg yang diletakkan ada jarak tertentu daat menyeimbangkan beban 100kg ada satu ungkitan Buku-buku yang ditulis oleh Archimedes dan berisikan rumus-rumus matematika masih daat ditemukan sekarang, antara lain On the Equilibrium ofPlanes, On the Measurement of a Circle, On Sirals, On the Shere and the Cylinder dan lain sebagainya. Teori-teori matematika yang dibuat oleh Archimedes tidakberarti banyak untuk erkembangan ilmu engetahuan saat Archimedes meninggal. Tetai setelah karyanya di terjemahkan ke dalam bahasa Arab ada abad 8 dan 9 (kurang lebih 1000 tahun setelah Archimedes meninggal), beberaa ahli matematika dan emikir Islam mengembangkan teori-teori matematikanya. Tetai yang aling berengaruh terhada erkembangan dan erluasan teori matematika tersebut adalah ada abad 16 dan 17, dimana ada abad itu, mesin cetak telah ditemukan. Banyak ahlimatematika yang menjadikan buku karya Archimedes sebagai egangan mereka, dan beberaa ahliRizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Page 8MEKANIKAFLUIDAmatematika tersebut adalah Johannes Keler (1571-1630) dan Galileo Galilei (15641642).2. Osborn Reynold Osborne Reynold berasal Irlandia yang lahir ada 23 Agustus 1842 dan menutu usia ada 21 Februari 1912. Bidang yang menjadi kajian utamanya adalah Fisika. Dikenal melalui enelitiannya tentang Dinamika Fluida dan BilanganReynold. Namun diluar itu ia juga memelajari erindahan anas antara benda adat dan fluida. Hal itu membawa erbaikan untuk ketel ua dan desain kondensor.Dalam enelitiannya yang mengkaji tentang aliran fluida. Ia menemukan hal bahwaaliran dalam keceatan rendah berada dalam keadaan aliran laminer. Ketika keceatan menjadi lebih tinggi maka aliran akan mengalami transisi, sehingga ada akhirnya akan menjadi aliran turbulen. Dari ekserimen tersebut didaatkan BilanganReynold (tidak memunyai dimensi). Bilangan Reynold menunjukkan rasio antara Gaya Inersia dengan Gaya Viskositas. Bilangan Reynold diengaruhi oleh massa jenisfluida, keceatan alir, anjang saluran, viskositas dinamik.Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vs) tehadap gaya viskos (/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tesebut dengan suatu kondisi alian tetentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis alian yang bebeda, misalnya lamina dan tubulen. Namanya diambil daiOsbone Reynolds (18421912) yang mengusulkannya pada tahun 1883. Bilangan Reynold meupakan salah satu bilangan tak bedimensi yang paling penting dalam mekanika fluida dan digunakan, sepeti halnya dengan bilangan takRizky Hadijah Fahmi / D111 09 254Page 9MEKANIKAFLUIDAbedimensi lain, untuk membeikan kiteia untuk menentukan dynamic similitude.Jika dua pola alian yang miip secaa geometis, mungkin pada fluida yang bebeda dan laju ali yang bebeda pula, memiliki nilai bilangan tak bedimensi yangelevan, keduanya disebut memiliki kemiipan dinamis. Rumus bilangan Reynolds umumnya dibeikan sebagai beikut: dengan: vs - kecepatan fluida, L - panjang kaakteistik, - viskositas absolut fluida dinamis, - viskositas kiematik fluida: = / , - keapatan (densitas) fluida. Misalnya pada alian dalam pipa, panjang kaakteistik adalah diamete pipa, jika penampang pipa bulat, atau diamete hidaulik, untuk penampang tak bulat. Bilangan Reynolds alian dibeikan oleh pesamaanbeikut : dengan D ialah diamete kolom, u ialah kecepatan ata-ata dan v ialah viskositas kinematik daipada fluida. Alian lamina tebentuk bila kecepatanalian adalah endah hingga bilangan Reynolds < 2000. alian akan beubah dai lamina menjadi tubulen dalam entang bilangan Reynolds > 5000. pada entang 2000