Leave a comment

Konsep Energi, Energi Loss, dan Boundary Layer

Energi, seperti yang sudah kita ketahui bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Energi hanya dapat dikonversikan. Persamaan energi yang sudah akrab dengan kita sejak masa sekolah adalah

energi kinetik + energi potensial = konstan

Dalam hal ini, energi yang kita tinjau hanya dari fungsi kecepatan (kinetik) dan fungsi ketinggian (potensial).  Persamaan tersebut dapat digunakan tergantung dengan tinjauan kita, dalam hal ini kondisi 1, 2, dst. Ketika benda diam berada di atas meja sebelum dijatuhkan, benda memiliki energi potensial tetapi tidak memiliki energi kinetik. Ketika benda dijatuhkan, jika kita ingin mengetahui kecepatan benda pada suatu ketinggian tertentu, maka energi potensial tersebut diubah menjadi sebagian energi kinetik dan sebagian energi potensial.

Namun, dalam bidang teknik mesin, kita belajar hal yang baru mengenai energi. Energi dapat dikonversi menjadi kerja dan panas. Demikian juga sebaliknya, jika ada panas atau kerja, maka disitu terdapat energi. Persamaan dari penjelasan di atas adalah:

dE/dt merupakan laju perubahan energi, W adalah kerja, dan Q merupakan panas.

Dalam mekanika fluida dE/dt bisa didefinisikan sebagai:

Yang diberi garis putus-putus merupakan diferensial total, sedangkan  merupakan diferenial parsial.

Topik selanjutnya adalah mengenai energi loss.

Jadi dalam persamaaan Bernoulli, sebenarnya ada satu tambahan variabel, yaitu energi loss (yang di dalam garis putus-putus).

Energi loss disebabkan karena dalam sebuah pipa, terdapat gaya gesek pada fluida yang dekat dengan dinding pipa. Semakin panjang pipa, maka pasti drop pressure akan terus terjadi.

Pengetahuan baru yang lain yang saya dapatkan yaitu mengenai spesifikasi pada pompa. Pada spesifikasi pompa, terkadang tertulis 13 Nm/N. Itu berarti  pompa bisa memberikan energi 13 Nm tiap berat 1 liter air.

Dari soal yang dibahas pada tanggal 16/05/2012, nomer 9.6, tentang apakah akan terbentuk boundary layer. Pak Ahmad Indra membantu menjelaskan agar mahasiswa dapat mengerti konsepnya dengan benar. Boundary layer terbentuk pada aliran turbulen. Aliran turbulen yang dimaksud disini bukan pada pipa, sehingga berdasarkan literatur yang ada, bilangan Reynolds diatas 1000 sudah merupakan aliran turbulen. Biasanya dalam aliran luar, bilangan Reynoldsnya sudah dipastikan tinggi. Rumus umum dari bilangan Reynolds (bukan pada pipa) adalah

U adalah kecepatan; l adalah penampang; dan v adalah viskositas kinematik. Boundary layer terbentuk akibat kecepatan fluida yang berada jauh dari permukaan, lebih cepat daripada kecepatan fluida yang dekat dari permukaan. Karena terdapat perbedaan kecepatan tersebut, maka akan menimbulkan tegangan geser. Tegangan geser dapat dihitung sebagai berikut:

Untuk menjadikannya sebagai persamaan, maka diberikan konstanta

Konstanta tersebut, berdasarkan eksperimen diganti menjadi viskositas, jadi:

Lapisan batas terjadi dalam 3 tahap, pada awalnya laminer, lalu transisi, selanjutnya turbulen. Semakin besar lapisan batas yang terbentuk, maka semakin besar juga hambatannya.

Tujuan dipelajarinya lapisan batas ini adalah untuk aerodinamika, untuk menghitung peforma baling-baling, sudu turbin, dll.

Soal 8.20 oleh kelompok 9 (dibahas 15 Mei 2012)

Ketika kita menggunakan persamaan Bernoulli, ternyata masih ada variabel yang tidak diketahui. Dari soal, diinginkan bahwa aliran dalam pipa tersebut laminer, itu berarti bilang Reynoldsnya kurang dari 2000. Maka dari itu, kita bisa menggunakan persamaan lain, yaitu:

Setelah diselesaikan, masa kita bisa mendapat hasil h=50.92 mm

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: