Gaya-gaya dalam fluida tekanan/Pengantar Fluida

Menurut teori hidrolika, fluida adalah suatu kontinyum(Continuum) yakni suatu bahan yang bersifat kontinyu, berusaha menempati seluruh ruangan tanpa ada yang kosong. Oleh karena itu struktur molekul dalam fluida dapat diabaikan, karena struktur yang paling kecilpun akan terbentuk dari molekul-molekul yang banyak jumlahnya.

Fluida karena selalu berusaha untuk mengembang(yield) maka tidak akan pernah memperoleh gaya yang terpusat hanya menimbulkan gaya meratasearah dengan permukaannya.Jadi gaya yang bekerja hanyalah gaya inersia(gaya body/gaya permukaan).

Jika gaya permukaan besarnya ∆R bekerja pada luasan ∆S secara tegak lurus atau dengan sudut tertentu, ,maka gaya tersebut dapat diuraikan menjadi:

Komponen normal(Tegak Lurus)= ∆P yang akan disebut sebagai gaya tekan

Komponen tangensial (Sejajar permukaan)= ∆T yang akan disebut sebagai gaya gesek seperti pada gambar.

Gambar 1.1 Gaya Permukaan pada Fluida

Hal ini hanya berlaku untuk 1 komponen gaya. Sementara untuk gaya body/Inersia/permukaan adalah berdasarkan massanya, dengan rumusan=massaxpercepatan fluida.

Tekanan Hidrostattik/Tekanan adalah gaya tekan yang dialami oleh 1 satuan luas:

Bila tekanan diukur pada titik absolut(pada patokan dalam hal ini tekanan atmosfer) maka disebut tekanan absolut. Jika diukur dibawah atau diatas tekanan atmosfer maka disebut tekanan gauge. Dengan rumusan:

     Satuan tekanan dalam bidang teknik adalah atmosfer standard:

    Untuk tegangan geser/ gaya geser secara definitive sama dengan tekanan:

 

Flow Meter/ Alat ukur Laju alir Fluida

Unit Dimensi

Unit Dimensi

Dalam mekanika fluida rata” digunakan 4 dimensi utama yaitu massa(M), panjang(L), waktu (T) dan temperature(ø).Berikut dalam  tabel dibawah dapat dilihat mayoritas dimensi derta unit yang digunakan dalam mekanika fluida.Perlu Kelvin tidak ada “ ^o ” untuk perlambangnya. Berikut ditampilkan berbagai standart satuan yang biasa digunakan di mekanika fluida:

Konsep Fluida

Konsep Fluida(Fase dalam Fluida)

Dalam mekanika fluida hanya ada dua fase yang dibahas, yaitu fase padat(solid)dan fase cair. Perbedaan dari keduanya adalah ketika dalam bentuk padat dan menerima gaya dari luar fase ini dapat melawan sampai batas tertentu, sedang pada saat cair(fluid) tidak. Tidak peduli berapa kecil gaya yang diaplikasikan ke fluida tersebut akan menyebabkan pergeseran/gerakan. Cairan(fluida) akan terus bergerak selama gaya geser diaplikasikan. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa dalam keadaan diam fluida sedang dalam keadaan teg geser=0, atau yang biasa disebut dengan keadaan tegangan hidrostatik pada analisa struktural. Dalam kondisi ini lingkaran Mohr untuk tegangan berubah menjadi suatu titik saja, dan disana tidak ada lagi tegangan geser pada setiap plane/arah gaya pada penanmpang elemen. Pada fluida ada gaya kohesive(gaya antar molekul pada zat yang sama, zat padat>zat cair>gas) hal itu menyebabkan zat cair dapat mengikuti bentukdari wadahnya, tidak seperti zat padat atau gas. Dimana zat gas karena sifat kohesivenya sangat kecil hal itu menyebabkan gas tidak memiliki volume, sifat” dari gas sendri akan dijelaskan kemudian.

Seperti yang kita lihat dibawah merupakan ilustrasi perbedaan dari zat padat dan fluid dan gas. Dimana zat padat mengalami deformasi statis akibat bebannya sendiri dan dilihatkan pada lingkaran mohr di gambar b. Sedang untuk gas dan cair pada saat statis berada pada keadaan hidrostatis sehingga jumlah tegangan =0. Jika tembok pembatas dihilangkan maka zat cair akan mengalami teg geser akibat gaya tarik bumi, ditambah dengan sifatnya sebagai fluida yang selalu memenuhi wadahnya maka teg geser akan naik dan fluida terdeformasi sampai tegangan tersebut =0.Materi ini sangat penting bagi kita dalam klasifikasi suatu zat. Sebagai contoh mercury, air, oil termasuk dalam fluida, sedang helium, oksigen, carbon  merupakan zat gas.

Turbin Gas

Pengertian turbin Gas

Turbin gas merupakan peralatan pembakit tenaga dimana tenaga tersebut didapat dari ekspansi gas berkecepatan tinggi dan kemudian mendorong sudu- sudu yang langsung menghasilkan gerak putar pada rotornya. Putaran rotor tersebut nantinya dapat dimanfaatkan untuk memutar generator listrik.

Siklus turbin Gas

Siklus ideal untuk kerja turbin gas adalah siklus brayton. Siklus ini terdiri atas dua proses isobarik dan isentropik seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 1:siklus brayton

Sumber: Dolok(2009)

Karena siklus berputar ke arah kanan maka fungsi dari siklus tersebut adalah mengubah E.panas menjadi E.mekanis. Penjabaran dari efisiensi siklus diatas adalah:

      

Karena proses (1-2) merupakan proses isentropik maka :

                                                                             

                                                                                        

                                                                                         

Dan proses (3-4) isentropik maka:

                                                                                     

                                                                                                  

                                                                                                 

Dan karena  p₁ sama dengan p₄ maka:

              maka                                                                       

Apabila T₄ dipindah ke ruas kiri dan dikurang satu maka persamaan menjadi:

                                                                                                                               

Maka apabila persamaan 9 dan 4 dimasukkan ke persamaan efisiensi brayton diatas dapat diubah menjadi:

                 

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa apabila perbandingan kompresi dari siklus brayton dinaikkan maka efisiensi siklus juga meningkat, sedang apabila perbandingan tekanan turun maka efisiensi juga akan menurun.

Instalasi Turbin Gas

Pada dasarnya instalasi dasar dari tubin gas adalah seperti terlihat pada gambar 2 dibawah ini:

Gambar 2:instalasi dasar turbin gas

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Brayton_cycle.svg

Terdiri atas 3 bagian utama yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas sendiri.

Kompresor

Kompresor berfungsi untuk menghisap udara atmosfer dan mengompresi udara yang selanjutnya akan disalurkan ke dalam ruang bakar. Selain untuk pemanfaatan udara bertekanan juga digunakan untuk pendinginan suhu turbin gas, yaitu:

·         Kompresor sentrifugal

Kompresor sentrifugal banyak dipakai pada turbin gas yang relatif berukuran kecil. Kompresor sentrifugal terdiri dari impeler yang tersimpan didalam rumah difuser seperti terlihat pada gambar 3 dibawah.

Gambar3:kompresor sentrifugal

Sumber: http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/utilitas-pabrik/jenis-kompresor/

·         Kompresor aksial

Kompresor ini dinamakan kompresor aliran aksial karena udara mengalir paralel terhadap sumbu rotor. Selama kompresi udara melalui satu susunan yang terdiri atas beberapa tingkat. Tiap tingkat terdiri atas beberapa baris sudu gerak seperti terlihat pada gambar 4 dibawah

Gambar 4: Kompresor aksial

Sumber:Dolok(2009)

Besarnya kerja kompresor berdasarkan siklus brayton diatas adalah:

Ruang Bakar

Ruang bakar adalah tempat dimana diharapkan terjadi percampuran udara yang telah dimanfaatkan oleh kompresor dengan bahan bakar.

Sebuah ruang bakar haruslah memenuhi beberapa kriteria untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi dari sebuah instalasi turbin gas.beberapa kriteria yang diharapkan terdiri dari:

•   Efisiensi pembakaran tinggi (bahan bakar harus terbakar sempurna sehingga semua energi kimia dapat dikonbersikan menjadi energi kalor)
• Daerah stabilitas pembakaran yang luas(nyala api tidak akan padam dalam daerah tekanan dan kecepatan)
• Bebas dari pulsasi tekanan
•   Kerugian tekanan rendah
• Dapat menggunakan berbagai macam bahan bakar.

Beberapa bagian dari instalasi ruang bakar adalah:

1.      Ruang bakar pembakaran(combustion chamber)

Merupakan tempat terjadinya seluruh proses pembakaran.Pada turbin ini terdapat 10 buah combustion can yang saling berhubungan.

             Tabung pipa api(cross fire tube)

Penghubungan antara can dan juga combustion liner.

3.        Ruang bakar utama

Merupakan komponen yang terdpat di dalam can dan juga bagian combustion liner .

4.       Pelindung ruang bakar

Merupakan komponen penutup bagian combustion can dan bagian ini juga sebagai tempat dudukan nozzle

5.      Pematik nyala api

Sebagai alat pematik untuk membakar campuran udara dan bahan bakar tepat pada waktunya.

6.      Nosel dan selang bahan bakar(fuel nozzle and pigtails)

Merupakan tempat untuk menyemprotkan bahan bakar gas kedalam combustion liner dan bercampur dengan udara.sedangkan pigtails (gas fuell lines) adalah pipa yang menghubungkan saluran bahan bakar gas dengan fuell nozzle.

7.      Bagian transisi(transision place)

Merupakan komponen yang digunakan untuk mengarahkan udara dengan kecepatan tinggi yang dihasilkan pada combustion section.

Besarnya kalor yang masuk di ruang bakar dapat dihitung dengan cara:

Turbin

Bagian ini merupakan tempat terjadinya perubahan energi kinetik kecepatan menjadi energi mekani putar yang digunakan untuk menggerakan kompresor aksial danjuga sebagai penggerak beban.

5.Penutup turbin(turbine casing)