I. Mekanika fluida
Efek Bernoulli dalam mekanika fluida
Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida (yang dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan fluida dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara fluida dinamis mempelajari fluida yang bergerak.
Hubungan dengan mekanika kontinum
Mekanika fluida biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum,Dalam pandangan secara mekanis, sebuah fluida adalah suatu substansi yang tidak mampu menahan tekanan tangensial. Hal ini menyebabkan fluida pada keadaan diamnya berbentuk mengikuti bentuk wadahnya.
II. Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.
Hukum Bernoulli
Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).
Aliran Tak-termampatkan
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
di mana:
v = kecepatan fluida
h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi
p = tekanan fluida
ρ = densitas fluida
Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:
- Aliran bersifat tunak (steady state)
- Tidak terdapat gesekan (inviscid)
Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:
Aliran Termampatkan
Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll.
Sifat-sifat fluida, Semua fluida nyata gas dan zat cair memiliki sifat-sifat khusus yang dapat diketahui antara lain: rapat massa (density), kekentalan (viscosity), kemampatan (compressibility), tegangan permukaan (surface tension), dan kapilaritas (capillarity).
III. Hukum Pascal dan Penerapanya Dalam Sistem Fluida Statis
F1 : A1 = F2 : A2
dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan penampang (m2).
Ada berbagai macam satuan tekanan. Satuan SI untuk tekanan adalah newton per meter persegi (N/m2) yang dinamakan pascal (Pa). Satu pascal sama dengan satu newton per meter persegi. Dalam sistem satuan Amerika sehari-hari, tekanan biasanya diberikan dalam satuan pound per inci persegi (lb/in2). Satuan tekanan lain yang biasa digunakan adalah atmosfer (atm) yang mendekati tekanan udara pada ketinggian laut. Satu atmosfer didefisinikan sebagai 101,325 kilopascal yang hampir sama dengan 14,70 lb/in2. Selain itu, masih ada beberapa satuan lain diantaranya cmHg, mmHg, dan milibar (mb).
1 mb = 0.01 bar
1 bar = 105 Pa
1 atm = 76 cm Hg = 1,01 x 105 Pa= 0,01 bar
1 atm = 101,325 kPa = 14,70 lb/in2
Untuk menghormati Torricelli, fisikawan Italia penemu barometer (alat pengukur tekanan), ditetapkan satuan dalam torr, dimana 1 torr = 1 mmHg.
Penerapan Hukum Pascal
Hidraulika adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair. Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata hidraulika berasal dari bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik, hidraulika berarti pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan tekanan suatu zat cair.
Semua instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan hidraustatistika adalah
1. Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah,
2. Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A).
Dari hukum Pascal diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan luas penampang yang besar (Kanginan, 2007). Prinsi inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik.
Prinsip Kerja Dongkrak Hidraulik
Prinsip kerja dongkrak hidraulik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal. Dongkrak hidraulik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi air. Mobil diletakkan di atas tutup tabung yang berdiameter besar. Jika kita memberikan gaya yang kecil pada tabung yang berdiameter kecil, tekanan akan disebarkan secara merata ke segala arah termasuk ke tabung besar tempat diletakkan mobil (Anonim,2009a). Jika gaya F1 diberikan pada penghisap yang kecil, tekanan dalam cairan akan bertambah dengan F1/A1. Gaya ke atas yang diberikan oleh cairan pada penghisap yang lebih besar adalah penambahan tekanan ini kali luas A2. Jika gaya ini disebut F2, didapatkan
F2 = (F: A1) x A2
Jika A2 jauh lebih besar dari A1, sebuah gaya yang lebih kecil (F1) dapat digunakan untuk menghasilkan gaya yang jauh lebih besar (F2) untuk mengangkat sebuah beban yang ditempatkan di penghisap yang lebih besar.
Prinsip Kerja Rem Hidraulik
Dasar kerja pengereman adalah pemanfaatan gaya gesek dan hukum Pascal. Tenaga gerak kendaraan akan dilawan oleh tenaga gesek ini sehingga kendaraan dapat berhenti. Rem hidraulik paling banyak digunakan pada mobil-mobil penumpang dan truk ringan. Rem hidraulik memakai prinsip hukum Pascal dengan tekanan pada piston kecil akan diteruskan pada piston besar yang menahan gerak cakram. Cairan dalam piston bisa diganti apa saja. Pada rem hidraulik biasa dipakai minyak rem karena dengan minyak bisa sekaligus berfungsi melumasi piston sehingga tidak macet (segera kembali ke posisi semula jika rem dilepaskan). Bila dipakai air, dikhawatirkan akan terjadi perkaratan.
Prinsip Kerja Pompa Hidraulik
Dalam menjalankan suatu sistem tertentu atau untuk membantu operasional dari sebuah sistem, tidak jarang kita menggunakan rangkaian hidraulik. Sebagai contoh, untuk mengangkat satu rangkaian kontainer yang memiliki beban beribu–ribu ton, untuk memermudah itu digunakanlah sistem hidraulik.
Sistem hidraulik adalah teknologi yang memanfaatkan zat cair, biasanya oli, untuk melakukan suatu gerakan segaris atau putaran. Sistem ini bekerja berdasarkan prinsip Pascal, yaitu jika suatu zat cair dikenakan tekanan, tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya. Prinsip dalam rangkaian hidraulik adalah menggunakan fluida kerja berupa zat cair yang dipindahkan dengan pompa hidraulik untuk menjalankan suatu sistem tertentu.
Gambar 2 Gaya Gesekan pada Prinsip Kerja Rem Hidraulik
Pompa hidraulik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidraulik. Pompa hidraulik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidraulik dan mendorongnya kedalam sistem hidraulik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidraulik. Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidraulik, dan aktuator. Pompa hidraulik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump. Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidraulik menjadi energi mekanik yaitu motor hidraulik dan aktuator. Motor hidraulik mentransfer energi hidraulik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain.
DAFTAR PUSTAKA
Anonimus. 2010. Hukum Pascal dan Penerapanya dalam Sistem Fluida Statis.(Online). http://lusimira.blogspot.com/2010/01/hukum-pascal-dan-penerapanya-dalam.html. (diakses hari Jumat, 15 Oktober 2010).
Anonimus. 2010. Mekanika Fluida. (Online). http://id.wikipedia.org/wiki/Mekani kafluida. (diakses hari Jumat, 15 Oktober 2010).
Anonimus. 2010. Prinsip Bernauli. (Online). http://id.wikipedia.org/wiki/Prinsip _Bernoulli. (diakses hari Jumat, 15 Oktober 2010).
No comments:
Post a Comment