Fisika itu menyenangkan: Februari 2015

Venturimeter

VENTURIMETER

Alat ini dapat dipakai untuk mengukur laju aliran fluida, misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa. Venturimeter digunakan sebagai pengukur volume fluida misalkan minyak yang mengalir tiap detik.

Venturimeter adalah sebuah alat yang bernama pipa venturi. Pipa venturi merupakan sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat diperhitungkan.

Dalam pipa venturi ini luas penampang pipa bagian tepi memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar daripada bagian tengahnya. Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebi sempit, dengan demikian, maka akan terjadi perubahan kecepatan.

Pipa venturi merupakan sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat diperhitungkan. Dalam pipa venturi ini luas penampang pipa bagian tepi memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar daripada bagian tengahnya.

Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebih sempit, dengan demikian maka akan terjadi perubahan kecepatan. Apabila kecepatan aliran yang melalui penampang lebih besar adalah v₁ dan kecepatan aliran yang melalui pipa sempit adalah v₂, maka kecepatan yang lewat pipa sempit akan memiliki laju yang lebih besar (v₁< v₂). Dengan cara demikian tekanan yang ada pada bagian pipa lebih sempit akan menjadi lebih kecil daripada tekanan pada bagian pipa yang berpenampang lebih besar. Lihat gambar di bawah ini.

Dalam aliran seperti yang digambarkan di atas akan berlaku Hukum Bernoulli sebagaiberikut:

P₁ + ρ gh₁ + ½ ρ v²₁ = P₂ + ρ gh₂ + ½ ρ v²₂

pipa dalam keadaan mendatar h₁ = h₂

ρ gh₁ + ρ gh₂

sehingga:

Ø P₁ + ½ ρ v²₁ = P₂ + ½ ρ v²₂

di sini v₁ > v₂ maka p₂ < p₁

akibatnya P₁ – P₂ = ½ ρ (v²₂ - v²₁)

padahal : P₁ = P_b + ρ gh_a

P₂ = P_b = ρ gh_b

selanjutnya didapat:

Ø P₁ – P₂ = ρ g (h_a - h_b)

Apabila h_a - h_b = h yakni selisih tinggi antara permukaan zat cair bagian kiri dan kanan, maka akan didapat:

Ø P₁ – P₂ = ρ gh

Dengan mengetahui selisih tinggi permukaan zat cair pada pipa pengendalli akan dapat diketahui perubahan tekanannya yang selanjutnya perubahan kecepatan dapat juga diketahui. Oleh sebab itu pipa venturi ini akan sangat berguna untuk pengaturan aliran bensin dalam sistem pengapian pada kendaraan bermotor.

Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :

Keterangan :

p = tekanan air (Pa)

v = kecepatan air (m/s)

g = percepatan gravitasi

h = ketinggian air

Penerapan dalam teknologi

1. Pesawat Terbang
Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah.

Akibatnya terjadi gaya angkat pesawat dari hasil selisih antara tekanan di atas dan di bawah di kali dengan luas efektif pesawat.

Keterangan:

ρ = massa jenis udara (kg/m³)

v_a= kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat (m/s)

v_b= kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat (m/s)

F = Gaya angkat pesawat (N)

2. Penyemprot Parfum dan Obat Nyamuk

Prinsip kerja yang dilakukan dengan menghasilkan laju yang lebih besar pada ujung atas selang botol sehingga membuat tekanan di atas lebih kecil daripada tekanan di bawah. Akibatnya cairan dalam wadah tersebut terdesak ke atas selang dan lama kelamaan akan menyembur keluar.

Persamaan Kontinuitas

Persamaan Kontinuitas adalah pernyataan matematis sederhana dari prinsip konversasi masa. Untuk volume control yang memiliki single inlet dan ingle outlet, prinsip konversasi massa menyatakan bahwa untuk aliran tunak (steady), laju aliran massa yang masuk ke dalam volume harus sama dengan laju aliran massa keluar. Persamaan kontinuitas untuk keadaan ini dinyatakan dengan persamaan (1)

………………………………………………………………………………………………………………………………….

Untuk volume control dengan dengan inlet dan outlet lebih dari satu, prinsip konversi massa membutuhkan penjumlahan laju aliran massa yang masuk ke dalam volume control dan penjumlahan laju aliran massa yang keluar dari volume control. Persamaan kontinuitas untuk keadaan yang lebih umum dinyatakan dengan persamaan (2)

………………………………………………………………………………………………………………………………….

Salah satu aplikasi paling sederhana dari persamaan kontinuitas adalah menentukan perubahan kecepatan fluida karena ekpansi atau kontraksi pada diameter pipa.

Contoh 1 : persamaan kontinuitas – ekpansi perpipaan.

Aliran tunak terdapat pada pipa yang melalui ekpansi bertahap dari diameter 6 in ke diameter 8 in. densitas dari fluida pada pipa adalah konstan yaitu 60,8 lbm/ft³. Jika kecepatan aliran adalah 22,4 ft/sec pada diameter 6 in. berapa kecepatan aliran pada (section) diameter 8 in?

Solusi:

Dari persamaan kontinuitas kita tahu bahwa laju aliran massa dalam (section) diameter 6 in harus sama dengan laju aliran massa dalam (section) 8 in.

………………………………………………………………………………………………………………………………….

Sehingga dengan menggunakan persamaan kontinuitas, kita menemukan bahwa peningkatan dalam diameter pipa dari 6 in ke 8 in menyebabkan penurunan kecepatan aliran dari 22,4 ke 12,6 ft/sec

Persamaan kontinuitas dapat juga digunakan untuk menunjukkan bahwa penurunan dalam diameter pipa akan menyebabkan peningkatan dalam kecepatan aliran.

Contoh 2: Persamaan Kontinuitas pada Pompa Sentrifugal

…………………………………………………………………………………………………………………………………

Diameter inlet (saluran masuk) dari pompa coolant reactor yang ditunjukkan pada gambar diatas adalah 28 in. Sementara aliran keluar (outlet) melalui pompa adalah 9200 lbm/sec². Densitas dari air adalah 49 lbm/ft². Berapa kecepatan pada inlet (saluran keluar) pompa?

SOLUSI:

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

Contoh diatas menunjukkan bahwa laju aliran ke dalam sistem adalah sama seperti yang keluar sistem.

Untuk contoh berikutnya konsepnya sama dengan contoh pertama meskipun lebih dari satu aliran yang masuk atau meninggalkan sistem dalam waktu yang sama. Keseimbangan massa ditentukan secara sederhana untuk menyatakan bahwa penjumlahan semua aliran yang masuk sistem sama dengan penjumlahan semua aliran yang meninggalkan sistem jika kondisinya adalah tunak atau steady.

Contoh 3: Persamaan kontinuitas pada outlet multiple (lebih dari satu)

Sistem pipa memiliki konfigurasi “Y” untuk memisahkan aliran sebagaimana ditunjukkan pada gambar dibawah. Diameter inlet adalah 12 in, dan diameter outlet adalah 8 in dan 10 in. kecepatan pada diameter 10 in adalah 10 ft/sec. aliran melalui saluran utama adalah 500 lbm/sec. densitas air adalah 62,4 lbm/ft³. Berapa kecepatan keluar dari pipa 8 in?

………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………..Solusi:

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

Kesimpulan Persamaan Kontinuitas

Perubahan densitas pada fluida berbanding terbalik terhadap perubahan temperatur.
Bouyancy adalah kecendurungan body untuk mengapung atau muncul ketika terendam dalam fluida.
Tekanan yang didesak oleh kolom air berbanding lurus terhadap tinggi kolom dan densitas air.

Hukum paskal menyatakan bahwa tekanan yang dikenakan pada fluida ditransmisikan ke seluruh bejana sistem ke segala arah.
Laju aliran volumetric adalah volume fluida per unit waktu melewati sebuah titik pada sistem fluida
Laju aliran massa adalah massa fluida per unit waktu melewati titik pada sistem fluida.
Laju aliran volumetric dinyatakan dengan perkalian (rata2) kecepatan fluida dan luas penampang aliran.

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

Laju aliran massa dinyatakan dengan perkalian laju aliran volumetric dan densitas fluida

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

Prinsip konversasi massa menyatakan bahwa semua laju aliran massa ke volume control adalah sama dengan semua laju aliran massa yang keluar dari volume control ditambah laju perubahan massa dalam volume control.

Untuk volume control dengan ingle inlet dan outlet, persamaan kontinuitas dapat dinyatakan sebagai berikut:

.………………………………………………………………………………………………………………………………….

Untuk volume control dengan multiple inlets dan outlet, persamaan kontinuitas:

Fluida Dinamis

Definisi Fluida

Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.

Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.

Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni:

1. Fluida Statis

2. Fluida Dinamis

Nah disini saya akan membahas mengenai Fluida Dinamis :

Definisi Fluida Dinamis

Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).