Fisika industri 11
-
Upload
marfizal-mt -
Category
Education
-
view
123 -
download
2
Transcript of Fisika industri 11
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