MAKALAH PENGANTAR OSEANOGRAFI

MAKALAH

DASAR – DASAR HIDRODINAMIKA

“Aliran 2 dan 3 Dimensi Fluida,Boundary Layer, Tahanan,Addesmos,Streaming Motion“

Dosen Pembimbing :Yar Johan, S.Pi,.M.Si

Disusun Oleh Kelompok IX

Ketua                   : Bambang Rainaldi

Sekretaris            : Resti Kontesa
moderator           : Didi Mulyono

Penyaji                 : Wiwik Ambarwati

     Winda Lestari

PROGRAM STUDI ILMU KELAUTAN
UNIVERSITAS BENGKULU
2015

KATA PENGANTAR

            Puji syukur senantiasa kami  panjatkan kehadirat Allah SWT  yang telah melimpahkan rahmat dan  hidayah-Nya sehingga kami  dapat menyelesaikan tugas makalah pengantar  oseanografi  ini dengan tepat waktu.

Penyusunan  makalah pengantar oseanografi ini merupakan tugas kelompok pertama yang diberikan  oleh dosen pembimbing.Makalah ini membahas mengenai  dasar-dasar hidrodinamika yang meliputi aliran 2 dan 3 dimensi fluida ,boundary layer,tahanan dan addesmos serta streaming motion.

Makalah ini kami buat dengan semaksimal mungkin dan  mendapat dukungan dari keluarga yang ada di kampung halaman.Serta kami mengucapkan banyak terimakasih kepada semua anggota kelompok IX atas kerja samanya dalam pembuatan makalah ini.

Harapan kami semoga makalah ini dapat  menambah pengetahuan dan pengalaman bagi  pembaca.Sehingga kedepannya makalah ini dapat diperbaiki maupun menambah isi dari makalah ini.Kami juga menyadari bahwa dalam penulisan serta penyusunan makalah ini masih banyak mengalami kekurangan.Oleh karena itu kami  sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan makalah ini.

Bengkulu, 25 Oktober 2015

Tim Penyusun 

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................................... i
DAFTAR GAMBAR............................................................................................. ii
DAFTAR TABEL............................................................................................  .....iii

1.      PENDAHULUAN...............................................................................................  1

1.1    Latar Belakang ..................................................................................... 1

1.2 Tujuan.................................................................................................... 1
1.3 Manfaat ................................................................................................ 1

2.      ISI ....................................................................................................................... 3

         2.1 Pengertian Hidrodinamika…………………...…….........………………3

         2.2 Aliran 2 dan 3 Dimensi……………………………........……………….3

         2.3 Boundary Layer…………………………………….......………………4

         2.4 Tahanan…………………………………………….......………………7

         2.5 Addes Mas............................................................................................. 9

         2.6 Streaming Motion……………………………….............………………9

3.      PENUTUP............................................................................................................ 11

3.1       Kesimpulan ........................................................................................ 11

3.2        Saran ................................................................................................. 11

DAFTAR PUSTAKA........................................................................................... 12

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

            Dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang pesat,mendorong semangat manusia untuk menciptakan  berbagai hal baru untuk mempermudah dan memberi keuntungan bagi masyarakat tersebut.Manusia juga selalu dimanjakan dengan hal-hal yang berbau praktis dan instan.Dengan demikian manusia selalu mencoba hal-hal baru dalam penelitiannya.

            Dalam dunia kelautan hal-hal yang baru sangat diperlukan.Sehubungan dengan itu,mata kuliah pengantar Oseanografi sangat bermanfaat dalam perkembangan kelautan.Apabila ilmu Oseanografi ini diterapkan dalam perkembangan teknologi di Indonesia,tidak menutup kemungkinan bangsa Indonesia akan menjadi negara yang maju.

            Salah satu materi yang ada di Oseanografi adalah hidrodinamika. Dengan demikian, kita akan mengenal istilah hidrolika. Hidrolika berasal dari bahasa Yunani hyidraulikos yang bila dipecah persuku kata menjadi hydro yang berarti air dan aulos berarti pipa. Secara sederhana hidrolika adalah salah satu topik dalam cabang ilmu yang berurusan dengan sifat fisis fluida (hidrodinamika) yang mempelajari aliran air secara mikro dan secara makro. Hidrodinamika akan meletakkan dasar-dasar teori hidrolika yang difokuskan pada rekayasa sifat-sifat fluida (seperti densitas, viskositas, tegangan permukaan, kemampumampatan) serta perilaku fluida (kecepatannya).

1.2  Tujuan

Adapun tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut:

1.         Menjelaskan pengertian aliran dua dimensi dan tiga dimensi pada fluida

2.         Menjelaskan pengertian boundary layer, tahanan dan addesmos

3.         Menjelaskan pengertian streaming motion

1.3  Manfaat

            Dengan adanya makalah ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang dasar-dasar hidrodinamika air laut khususnya tentang dimensi fluida,bondary layer,dan streaming motion.

BAB II

ISI

2.1 Pengertian Hidrodinamika

  Kata Hidrodinamika mempunyai pengertian bahwa suatu ilmu yang mempelajari tentang phenomena yang terjadi pada fluida dimana fluida diasumsikan incompressible dan inviscid (zeroviscosity). Analisa aliran fluida dapat menggambarkan bentuk dari aliran dimana sesuai perkiraan dari aliran sebenarnya pada daerah di luar lapisan batas (boundarylayer). Pada umumnya fluida akan mengalami deformasi, elastis, plastis dan mengalir akibat adanya gaya. Fluida terbagi menjadi gas (gases) dan air (liquid), untuk gas (gases) pada umumnya diklasifikasikan pada fluida kompresibel (compressible fluid) dan air (liquid) diklasifikasikan sebagai aliran yang tidak mengalami perubahan tekanan (incompressible fluids). Di dalam analisa hidrodinamika maka secara keseluruhan fluida dianggap incompressible. Dalam hal ini pengertian liquid dapat diartikan sebagai air meskipun sedikit mempunyai viskositas. Untuk mempermudah didalam perhitungan matematisnya maka digunakan pengertian ilmu mekanika dan memprmudah assumsi dengan menganggap bahwa fluida adalah inviscid atau fluida ideal.

           

2.2 Aliran 2 Dan 3 Dimensi Fluida

            Dalam pemodelan hidrodinamik, model tiga dimensi (3D) jauh lebih baik dibanding model dua dimensi (2D), hal ini disebabkan aliran air tidak konstan terhadap kedalaman seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar1. Perbandingan antara model 2D dan 3D

            Konsep lapisan batas pertama kali dikemukakan pada tahun 1904 oleh Ludwig Prandtl, seorang ahli aerodinamika Jerman. Analisa gerak aliran fluida umumnya dapat dibagi menjadi dua bagian yang pengaruh gesekannya besar yaitu di daerah lapisan batas dan di luarnya  adalah aliran yang tanpa pengaruh gesekan. 

            Pada aliran fluida bergesekan, pengaruh gesekan akan menimbulkan lapisan batas. Lapisan Batas adalah daerah yang melingkupi  permukaan aliran, dimana tepat di bawah lapisan batas terdapat hambatan akibat pengaruh gesekan fluida dan tepat di atas lapisan batas aliran fluida adalah tanpa hambatan, sehingga untuk menganalisa pengaruh gesekan fluida, penting untuk diketahui konsep tentang lapisan batas tersebut. 

            Lapisan batas pada aliran internal akan berkembang terbatas sampai dapat meliputi seluruh penampang aliran fluida dan hanya  terjadi pada daerah di sekitar lubang masuk aliran sehingga pada umumnya dapat diabaikan dan aliran dianggap seragam. Namun pada aliran eksternal pertumbuhan lapisan batas tidak terbatas sehingga umumnya pembahasan perkembangan lapisan batas menjadi sangat penting.

2.3 Boundary Layer

            Lapisan Batas (Boundary Layer) adalah suatu lapisan yang terbentuk disekitar permukaan benda yang dilalui oleh fluida dengan viskositas, karena mengalami hambatan yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti faktor gesekan, dan efek- efek viskos.

Gambar 2: boundary layer

Viskositas (μ) adalah kemampuan untuk menahan gesekan (ukuran kekentalan fluida)/tekanan geser (shear stress). Hubungan antara viskositas dengan aliran laminar dan turbulen adalah bila semakin besar viskositas yang terdapat pada fluida maka semakin kecil gesekan yang tejadi antara fluida dengan permukaan suatu benda sehingga kecepatan aliran antara molekul fluida lebih teratur, ini berarti aliran ini cenderung laminar. Adapun rumusnya adalah sebagai berikut:

Begitupun sebaliknya, semakin kecil viskositas fluida maka alirannya cenderung bergolak (tidak teratur) atau turbulen.

Gambar3: aliran gerakan fluida

            Aliran ini sebenarnya juga bergerak dalam dimensi ruang dan waktu sehingga penurunan rumusnya dilakukan pada dimensi x(panjang), y(lebar) , z(tinggi) , serta t(waktu). Namun pengasumsian aliran fluida bergerak pada streamline yang mengalir secara tunak dan gerakan aliran yang mengalami gesekan terjadi hanya pada salah satu bidang sumbu. dan garis batas yang menunjukan tidak lagi adanya perubahan ketinggian terhadap kecepatan fluida inilah yang disebut Boundary Layer.  Dimana aliran diluar lapisan batas disebut sebagai aliran inviscid.

            Jenis-jenis aliran yang terjadi bisa berupa aliran laminar, transisi ataupun turbulen. yang membedakan ketiga jenis aliran ini adalah pada rentang nilai bilangan reynoldsnya. rentang nilanya adalah :

• laminar  Re < 2300
• transient 2300 < Re < 4000
• turbulent Re > 4000

            Oleh karena itu setiap aliran selalu mengalami salah satu dari ketiga jenis aliran ini.Sebagai contoh kasus pada aliran yang mengalir pada suatu sudu juga mengalami lapisan batas. Secara teoritis, aliran yang mengalir adalah laminar semua. namun pada kenyataannya setiap aliran mengalami hambatan seperti gesekan permukaan, tegangan geser dan diferensiasi kecepatan. dan jika semakin banyak gangguan yang dialami maka alirannya akan terus berubah sehingga menyebabkan aliran turbulen.

Gambar 4: Aliran turbolensi

            Semakin banyaknya aliran turbulensi yang terjadi, maka lama kelamaan bisa menyebabkan vorteks (kondisi dimana aliran partikel berputar dalam 1 arah). dimana vorteks ini merupakan fenomena alamiah penyebab terjadinya angin tornado.

Gambar 5: Aliran turbolensi

2.4  Tahanan

          Tahanan (resistance) kapal pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang bekerja kapal sedemikian rupa sehingga melawan gerakan kapal tersebut. Tahanan tersebut sama dengan gaya fluida yang bekerja sejajar dengan sumbu gerakan kapal. Sedangkan suatu tahanan kapal ini adalah sama dengan suatu gaya dan karena dihasilkan oleh air, maka ini disebut gaya hydrodinamika. Gaya hidrodinamika ini semata-mata disebabkan oleh gerakan relatif kapal terhadap air.

          Gerakan kapal di fluida bekerja seperti sistem sumbu orthogonal yaitu 3 (tiga) buah sumbu x, y, dan z, ditempatkan sedemikian rupa, pusat sumbu berimpit dengan titik berat kapal. Bidang x, dan y satu bidang dengan permukaan bumi (sejajar).

 

             Gambar 6: Gaya yang Bekerja Pada Kapal

Gerakan kapal dibebani 4 (empat) gaya yang tidak tergantung satu sama lainnya :

a.      Gaya hidrostatik yaitu massa kali percepatan grafitasi bumi (mg).

b.      Hambatan hidrostatik (gaya apung) F∆ atau γv. Seperti halnya mg, tekanan  atau gaya ini selalu sejajar dengan Zo.

c.      Resultante gaya hidrodinamik (F) yang didesakkan oleh air pada kapal sebagai akibat gerakan menerjang air tersebut. Gaya F dapat diuraikan dalam 2 (dua) ; komponen gaya angkat (L) dan komponen tahanan (atau drag) R (atau D). Dimana L tegak lurus terhadap kecepatan kapal dan R (atau D) sejajar V.

d.      Gaya dorong (T), yang di desakkan oleh air pada pendorong kapal, umumnya berlawanan arah dengan R.

Gaya-gaya tersebut diatas timbul akibat adanya ;

a.         Kecepatan kapal (V), relatif terhadap air dan udara atau yang dilintasi oleh kapal tersebut.

b.        Gaya gravitasi bumi yang bekerja baik pada kapal maupun pada air yang dibebani oleh kapal itu.

c.         Aksi yang dilakukan pendorong kapal (Propeller).

Pada dasarnya tahanan kapal dibagi menjadi dua yaitu tahanan yang berada di atas permukaan air dan tahanan yang berasal dari bawah permukaan air. Tahanan yang di atas permukaan air adalah yang bekerja pada bagian badan kapal yang kelihatan di atas permuakaan air, disini pengaruh adanya udara yang mengakibatkan timbulnya hambatan.

Komponen tahanan yang bekerja pada kapal dalam gerakan mengapung di air adalah :

a.    Tahanan Gesek (Friction Resistance)

Tahanan Gesek (friction resistance) timbul akibat kapal bergerak melalui fluida yang memiliki viskositas seperti air laut, fluida yang berhubungan langsung dengan permukaan badan kapal yang tercelup sewaktu bergerak akan menimbulkan gesekan sepanjang permukaan tersebut, inilah yang disebut sebagai tahanan gesek.

b.    Tahanan sisa (Residual Resistante)

            Tahanan sisa didefenisikan sebagai kuantitas yang merupakan hasil pengurangan dari hambatan total badan kapal dengan hambatan gesek dari permukaan kapal. Hambatan sisa terdiri dari :

1)     Tahanan gelombang (Wake Resistance)

          Tahanan gelombang adalah hambatan yang diakibatkan oleh adanya gerakan kapal pada air sehingga dapat menimbulkan gelombang baik pada saat air tersebut dalam keadaan tenang maupun pada saat air tersbut sedang bergelombang.

2)     Tahanan udara (Air Resistance)

          Tahanan udara diartikan sebagai tahanan yang di alami oleh bagian badan kapal utama yang berada diatas air dan bangunan atas (Superstrukture) karena gerakan kapal di udara. Tahanan ini tergantung pada kecepatan kapal dan luas serta bentuk bangunan atas tersebut. Jika angin bertiup maka tahanan tersebut juga akan tergantung pada kecepatan angin dan arah relatif angin terhadap kapal.

3)     Tahanan bentuk

          Tahanan ini erat kaitannya dengan bentuk badan kapal, dimana bentuk lambung kapal yang tercelup di bawah air menimbulkan suatu tahanan karena adanya pengaruh dari bentuk kapal tersebut

c.    Tahanan Tambahan (Added Resistance)

Tahanan ini mencakup tahanan untuk korelasi model kapal. Hal ini akibat adanya pengaruh kekasaran permukaan kapal, mengingat bahwa permukaan kapal tidak akan pernah semulus permukaan model. Tahanan tambahan juga termasuk tahanan udara, anggota badan kapal dan kemudi.

Komponen Tahanan tambahan terdiri dari :

a.      Tahanan anggota badan (Appendages Resistance)

Tahanan anggota badan adalah tahanan dari bos poros, penyangga poros, lunas bilga, daun kemudi dan sebagainya.

b.      Tahanan kekasaran

Tahanan kekasaran adalah terjadi akibat kekasaran dari korosi air, pengotoran pada badan kapal, dan tumbuhan laut.

c.      Hambatan kemudi (Steering Resistance)

Hambatan kemudi terjadi akibat pemakaian kemudi.

2.5  Addes Mas (Added Mass atau Massa Tambah)

      Didalam perhitungan massa suatu struktur memerlukan data massa dari struktur dan distribusinya, termasuk pondasi dan kondisi disekitar strukturnya. Ada 2(dua) hal penting dalam perhitungan massa pada struktur bangunan laut:

1      Massa disekeliling struktur dimana massa tersebut bergerak mengikuti pergerakan struktur tersebut baik tercelup maupun tidak tercelup, yang pada umumnya disbut massa tambah (added mass).

1.   Bertambahnya massa karena adanya tumbuhan laut.

Harga massa tambah dapat tergantung pada bentuk strukturnya, untuk hsilinder M_am (massa tambah) adalah rpr², dimana r adalah massa jenis air, r adalah radius silinder. Koefisien massa tambahnya dapat dihitung sebagai berikut :

,

dimana M adalah massa air yang dipindahkan oleh struktur, dan Cm pada umumnya diambil sama dengan 2,0.

2.6  Streaming Motion

Streaming motion berasal dari kata stream yang berarti mengalir atau arus dan motion yang berarti gerakan.Sehingga sreaming motion dapat diartikan sebagai aliran gerakan fluida atau gerak arus fluida.

Fluida mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah.Di dalam aliran zat cair gerakan partikel-partikel tersebut sulit diamati.Oleh karena itu biasanya digunakan kecepatan pada suatu titiksebagai fungsi waktu untuk mendefinisikan pergerakan partikel.Setelah kecepatan didapat,,maka dapat diperoleh distribusi tekanan tekanan dan gaya yang bekerja pada zat cair.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Setelah menyelesaikan makalah ini dapat disimpulkan bahwadalam mempelajari hidrodinamika,terdapat istilah-istilah seperti :

1.    Model tiga dimensi (3D) jauh lebih baik dibanding model dua dimensi (2D), hal ini disebabkan aliran air tidak konstan terhadap kedalaman.

2.    Lapisan Batas (Boundary Layer) adalah suatu lapisan yang terbentuk disekitar permukaan benda yang dilalui oleh fluida dengan viskositas, karena mengalami hambatan yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti faktor gesekan, dan efek- efek viskos.Tahanan (resistance) kapal pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang bekerja kapal sedemikian rupa sehingga melawan gerakan kapal tersebut.Perhitungan massa suatu struktur memerlukan data massa dari struktur dan distribusinya, termasuk pondasi dan kondisi disekitar strukturnya

3.    Streaming motion berasal dari kata stream yang berarti mengalir atau arus dan motion yang berarti gerakan.Sehingga sreaming motion dapat diartikan sebagai aliran gerakan fluida atau gerak arus fluida.

3.2  Saran

Sebaiknya mahasiswa harus memahami materi terlebih dahulu dan mencari berbagai sumber materi untuk mempermudah dalam pembuatan makalah.

DAFTAR PUSTAKA

Cahyana, chevy.2005.Artikel model hidrodinamika laut.pusat teknologi limbah radioaktif.Batan.vol.9 No.2

Wibisono yusuf,dkk.2013. Studi karakter aliran tiga dimensi dan perpindahan panas pada coscade airfoil dengan pengaruh clearance.jurnal teknik pomits.vol.2,No.1.Institut Teknologi Sepuluh November

Imaduddin,fitrian.2006.Perbandingan Modal turbulen pada aliran fluida tiga dimensi melalui airfoil/ pelat datar.tugas akhir mahasiswa teknik fisika.ITS.Surabaya