menentukan arah mata angin dengan bantuan alam

kalian tersesat? tak tahu arah? bagamana sih cara tahu barat dimana, timur dimana, utara dimana, selatan dimana? sedangkan kita tidak membawa kompas.

ada macam-macam cara untuk menentukan arah mata angin.

Dengan bantuan Matahari.

Sebagaimana telah kita ketahui, bahwa matahari akan terlihat seolah bergerak dari timur ke barat. Hal yang terjadi akibat adanya rotasi bumi yang berputar dari barat ke timur, membuat seolah matahari bergerak dari timur ke barat. Dengan melihat matahari, kita dapat memperkirakan jam berapa, dan 4 arah mata angin, loh.. kok cuma 4? iya untuk awal pembacaan arah mata angin, yang pertama kali harus kita ketaui adalah minimal 1 arah mata angin. selanjutnya 4 arah mata angin pokok. yaitu Utara, Timur, Selatan, dan Barat. sisanya? tinggal menyesuaikan.

ya, jika menggunakan matahari dalam menentukan arah, berarti kita harus tahu, di belahan bumi mana kita berada (di negara mana) yang bisa menjadi panduan awal. karena jika kita berada di antartika atau greenland, di bulan desember, berarti matahari bisa jadi tidak akan terlihat disana. dan juga dapat membaca jam matahari, karna bisa saja kita melihat matahari senja, dan menyangka bahwa itu adalah matahari pagi..

Dengan bantuan lumut

lumut biasa hidup di daerah yang minim mendapatkan cahaya matahari, oleh karena itu kebanyakan lumut akan hidup di daerah yang menghadap ke arah barat. Kecuali di daerah tersebut mayoritas hidup tumbuhan lumut dalam luasan yang luas.

Persamaan yang mengatur fluida (governing equations)

sekarang kita bicarakan yuk.. kalau di buku - buku yang tebalnya gak kira kira.,, padahal bahas 1 bahan, dan itu pun banyak asumsi, yang sebenarnya masih dapat disempurnakan. tapi ya kita manusia, tidak akan bisa mencapai kesempurnaan. Begitu juga dengan para pakar-pakar fluida yang terdahulu.., mereka tidaklah dapat membuat sebuah / sesuatu yang sempurna, karena masih mengambil asumsi-asumsi dari kehidupan nyata yang dapat di dekatkan dengan "asumsi". Namun, dari "asumsi" inilah saat ini dapat kita lihat berbagai penemuan yang dapat membantu manusia.

persamaan - persamaan yang terbentuk dengan asumsi-asumsi yang ditentukan melalui parameter-parameter yang berkaitan ternyata tidak semuanya dapat diselesaikan secara matematis eksakta, yaitu dihitung dengan kalkulus dan kalkulator. maka dari itu setelah perangkat komputer berkembang, muncul lah metode numerik, yang mendekati hasil dari perhitungan yang "tidak" dapat dihitung manual oleh kalkulus. namun, sebelum itu kita lihat dulu yuk apa saja yang harus dipelajari lebih awal.

Introductory Remarks.

Dalam membuat prediksi tentang aliran fluida, gaya-gaya dan momen yang terjadi pada aliran fluida, sangat penting untuk dapat menggambarkan pola dari aliran disekitar benda/objek. Hasil dari pola aliran yang terjadi bergantung dari bentuk objek yang dilewati oleh fluida. Dasar hukum yang digunakan untuk menyelesaikan pergerakan fluida yang umum adalah :

1. hukum kekekalan massa ( atau continuity equation)
2. hukum kekekalan momentum linier
3. hukum kekekalan energi

sebelum memasuki tentang gerakan fluida di ruang dimensi 3,  (fluid in motion). Kita tinjau dulu yang berhubungan dengan gerakan fluida, yaitu temperatur, tekanan, densitas, viskositas, kecepatan suara, dan Atmosfer.

Temperatur.
suhu, temperatur, kita semua sudah tidak asing lagi dengan temperatur. sesuatu yang panas atau dingin jika dirasakan oleh indra manusia. namun, secara kuantitas, temperatur sulit untuk di definisikan, maka dari itu temperatur di definisikan dengan kualitas

Tekanan

Dalam fisika, tekanan di artikan sebagai gaya yang bekerja pada permukaan bidang objek, dari hukum ke2 Newton gaya yang bekerja pada permukaan sama dengan laju perubahan terhadap waktu dari momentum dari molekul yang kembali memantul. Tekanan adalah besarnya ini gaya per satuan luas. sejak fluida yang pada saat diam tidak dapat mempertahankan kekuatan tangensialnya, tekanan pada permukaan akan bertindak dalam arah tegak lurus ke permukaan itu. Selanjutnya, tekanan bertindak pada suatu titik dalam cairan saat diam, akan sama di segala arah. Tekanan standar untuk atmosfer terdefinisikan tekanan yang mendorong kolom dari merkuri (raksa) 760mm panjangnya dengan densitas dari merkuri adalah 13.5951 g/cm³ dan dengan akselerasi kecepatan gravitasi nilai standart. standart tekanan atmosfer yaitu 1.01325 x 10^{5 N/}m²

Densitas
Densitas dari fluida 

densitas untuk gas sempurna (for thermally perfect gas; R = 287.05 N m/kg K

Viskositas
di semua fluida nyata, bergesernya perubahan bentuk disebabkan karena tegangan geser

viskositas udara di temperature berbeda dibawah 3000 K

Speed of Sound

The Continuity Equation

integral volume dapat menjadi integral permukaan dengan menggunakan teorema Gauss, menjadi:

Kekekalan Momentum Linier


(...... writing)

Referensi :

1. Shaw, C. T. "Using Computational Fluid Dynamics".
2. Bertin, John J & Michael L. Smith. "Aerodynamics Engineers". Prentice-Hall,Inc., Englewood Cliffs, New Jersey  07632. 1979

aliran laminar di antara 2 pelat datar (software study)

ya.. kawan kawan, teman teman semua. kembali lagi kita belajar dengan CFD, sebuah software yang sangat membantu di era modern kini. dimana kita dapat mensimulasikan kejadian kejadian fisika yang terjadi di sekitar kita. salah satu contohnya, aliran "laminar" di antara 2 buah pelat datar. dengan anggapan pelat memiliki dimensi yang sangat panjang, sehingga kita modelkan sebagai gambar 2 dimensi yang tampak seperti 2 buah garis / dinding, yakni sisi atas dan sisi bawah.

software yang digunakan disini adalah software CFDsof, yuk lihat langkah-langkahnya....

pertama, pastinya login dulu.. setelah login ke softwarenya, buat alokasi memori untuk menginput data-data yang kita perlukan. sudah? kalau sudah, kita buat yuk dimensi nya..

seperti yang terlihat pada gambar.. saya membuat dimensi ruang antara pelat nya berjarak 20 cm, (0.2 m). setelah itu kita tentukan dimana nih inlet dan outletnya.. 

 terlihatkah?? pada gambar, saya memilih inlet di sisi kiri (yang berwarna biru) dan outlet di sisi kanan (yang berwarna merah).

wah sudah sampai disini nih, lanjut lagi ya, kita lanjut untuk mengeset kondisi dari fluida yang mengalir ini. apakah viskositasnya tinggi atau rendah, begitu juga densitas dari fluida yang akan mengalir.

 terlihat pada gambar. saya mencoba untuk mensimulasikan fluida yang bermassa jenis 1,26 kg/m3, dan memiliki viskositas dengan nilai 14.

sudah di tentukan kondisi fiskalnya, kita lanjut untuk mengkondisikan kecepatan fluida yang mengalir ini. yaitu sebesar 2m/s. lalu di iterasi deh. jikalau kita menggunakan metode analitik, bisa memakan waktu yang cukup lama untuk melakukan iterasi.. beruntunglah software sudah canggih, jadi biar komputer yang melakukan perhitungan sulitnya. ketika sudah selesai di iterasi. mau dong kita lihat hasilnya.

dari gambar hasil simulasi, kita lihat profil kecepatan paling tinggi berada di tengah-tengah dari jarak antara 2 pelat tersebut. sedangkan untuk profil tekanan. semakin lama, semakin berkurang, dapat dilihat dari kontur warna yang semakin rendah. biasa di sebut (pressure drop). disetiap gambar di sebelah kiri terdapat nilai - nilai di setiap warna yang tampil.

wah.. sudah semakin mudah ya sekarang untuk mengetahui bagaimana profil kecepatan dan tekanan yang terjadi di antara dua pelat datar yang sejajar.

referensi :

1. Shaw. C.T., "Using Computational Fluid Dynamics".
2. CFDSOF software oleh: Ahmad Indrasiswantara Research

Deflection

.....

contoh soal :

sebuah kantiliver beam yang mempunyai massa 12 kg. dengan panjang 2 m, dengan luas penampang 4 cm x 6 cm. beam terbuat dari material aluminium 6061. berapakah defleksi yang terjadi pada beam?

Rumus :

Data :

ρ = 2.7 g/cc

Ε = 68.9 Gpa (6.89 x 10¹⁰ Pa)

L = 2 m

b = 6 cm (0.06 m)

h = 4 cm (0.04 m)

m = 12 kg

W = 118.44 N

Penyelesaian.

Moment inersia yang terjadi

Defleksi yang terjadi

jadi defleksi yang terjadi pada beam aluminium sebesar 7.46 x 10^-5 m

referensi :

1. Hamrock, Bernard J.. "Funamental of Machine Elements". McGraw-Hill. US. 1999
2. www.engineeringtoolbox.com
3. http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=MA6061t6

Finite Element Method (Introuction)

Finite Element ? Makhluk apaan sih itu??

Finite Element Method, adalah sebuah metode analisis sistem mekanikal struktur dari material dengan menggunakan algoritma numerik untuk menganalisa momen - momen gaya pada model dari suatu sistem kerja / struktur yang telah di modelkan menjadi sebuah gambar CAD (Computer Aid Drawing). Sebenarnya, banyak sekali fenomena - fenomena fisika yang terjadi pada sebuah struktur mekanikal yang dapat dimodelkan dengan persamaan - persamaan diferensial parsial. Namun begitu banyak fenomena yang tidak dapat diselesaikan dengan metode analitikal, yaitu dengan penyelesaian persamaan dieferensial parsial. Dengan FEM kita dapat memperkirakan hasil dari persamaan - persamaan partial differentiatial dengan metode numerik, dengan bantuan software, perangkat komputer.

Dalam praktiknya Finite Element terdiri dari 3 langkah kerja, yaitu :

1. Preproccesing
2. Analysis
3. Postproccesing

Preproccesing adalah langkah dimana pengguna metode ini memangun sebuah konstruksi material dengan komputer (CAD) dimana bagian - bagian dari konstruksi yang akan di analisis menggunakan metode ini di sebut "element" dan terhubung dengan titik - titik tertentu ("nodes").

Analysis adalah dimana prosesor mengkoding data-data input dengan algoritm numerik untuk mencari penyelesaian dari PDE (Partial Differential Equation) dari model dimana FEM akan membuat dan menyelesaikan persamaan aljabar linear dan nonlinear.

Postproccesing adalah langkah dimana FEM menampilkan nilai-nilai hasil analisanya melalui visualisasi grafik, yang biasa direpresentatifkan melaui gradien warna dimana setiap warna memiliki nilai-nilai tertentu

...... (writing)

Referensi :

1. Artikel "Finite Element Analysis" oleh : David Roylance, Department of Materials Science and Engineering. Massachusetts Institute of Technology. Cambridge, MA 02139. February 28, 2001
2. File Presentasi "Finite Element Method". oleh : Georges CAILLETAUD & Saber EL AREM 

CFD (Computational Fuid Dynamics)

CFD, Computational Fluid Dynamics.. apa sih itu?

Computational Fluid Dynamics atau yang biasa disebut CFD adalah sebuah metode sistem analisis yang dalam penggunaan aplikasinya didasari oleh ilmu aliran fuida, perpindahan panas dan melibatkan beberapa fenomena fisika, dan fenomena fisika kimia. CFD menggunakan analisis metode numerik dengan cara komputerisasi dan simulasi komputer. CFD sangat berguna dalam aplikasi engineering karena aplikasinya menjangkau berbagai macam industri maupun non-industri. Pengaplikasian metode CFD biasa digunakan di :

• Aerodinamika dari pesawat dan kendaraan (gaya angkat "lift" & seret "drag")
• Hidrodinamika dari kapal (perahu)
• Pembangkit Daya (power plant: pembakaran di mesin IC dan turbin gas)
• Kimia Proses (pencampuran dan pemisahan partikel, polymer molding)
• Meteorologi dalam peramalan cuaca
• Mesin - Mesin Turbo
• Alat Pendingin
• Hidrologi dan Oceanography
• Building (arah aliran udara, pemanasan dan ventilasi)
• Teknik Lingkungan (pola distribusi populasi dan dampaknya)
• Biomedis.

contoh penggunaan CFD untuk simulasi aliran udara pada mobil F-1

Dalam penggunaannya teknik CFD sangat mempermudah dalam membuat simplified atau model simulasi dari fenomena fisika real di kehidupan nyata menjadi sebuah model yang lebih sederhana dan dapat di analisa. CFD terstruktur dari algoritma matematika dengan metode numerik dengan menggunakan perangkat komputer.

Perangkat komputer untuk menjalankan CFD ini pun harus mempunyai grafis card yang baik, serta prosesor yang mendukung. Pada awal masa - masa awal CFD ini di perkenalkan di dunia ilmiah baru digunakan untuk meramalkan kondisi cuaca di sebuah daerah. karena perangkat komputer yang mendukung masih belum tersebar luas di pasaran pada umumnya. Dengan CFD ini badan meteorologi di setiap negara dapat memperkirakan aliran udara di atas wilayahnya dengan parameter velocity (kecepatan) angin, kelembaban udara yang terbawa, RH, dan suhu udara yang mengalir. Dari parameter itulah perhitungan perhitungan yang dilakukan oleh komputer dengan metode algoritma numerik, yang menghasilkan data hasil perhitungan yang kontinu sehingga dapat memperkirakan pola aliran yang terbentuk hingga beberapa waktu kedepannya. Untuk itulah Britania /England pada masa itu (tahun 1987) memperbaiki cara peramalan cuaca wilayahnya dengan membeli perangkat - perangkat komputer untuk menunjang aplikasi CFD ini. CFD ini mulai berkembang di tahun 1950-an yang di lakukan oleh scientist - scientist di masa itu, setelah mulai berkembangnya perangkat - perangkat keras dan perangkat lunak komputer.

 

Airfoil sendiri yang menjadi pionir adanya CFD ini sudah sejak tahun 1930an, dan dikembangkan oleh grup T3 di Los Alamos National Labs. yang mengembangkan perangkat lunak untuk aliran fluida. Pertama kali dipublikasikannya paper tentang model 2 dimensi dari aliran fluida putaran angin yang di publish pada Juli 1963. lalu pada tahun 1967 pertama kalinya di pblish tentang model 3 dimensi oleh John Hessdan A.M.O. Smith dari Douglas Aircraft.

cara kerja CFD terdiri dari Preprosesing, Prosesor (Solver), dan Posprosesor.

Preprosesing adalah langkah dimana pengguna menginput data-data, baik model (desain gambar dalam CAD), parameter-parameter seperti temperatur, kecepatan aliran, tekanan, jenis dan banyaknya fluida, fase dari fluida, dan jenis aliran.

Prosesor (Solver) adalah saat prosesor bekerja menghitung persamaan yang terbentuk dari parameter-parameter yang di input berdasarkan bentuk dan kondisi model yang akan di anlisis.

Posprosesor adalah saat komputer menampilkan hasil dari analisa langkah Prosesor dengan nilai-nilai dalam bentuk grafis visualisasi yaitu dengan gradien warna, dimana setiap warna merepresentatifkan range nilai tertentu.

..... (writing)

Referensi :

1. Versteeg, H K & W Malalaseehera. "an Introduction to Computational Fluid Dynamics, The Finite Volume Method". Longman Scientific & Technical, England. 1995
2. Sayma, Abdulnaser. "Computational Fluid Dynamics". 2009 (from www.bookboon.com)
3. Shaw, C. T. "Using Computational Fluid Dynamics".