Language
Country/Area
No result found
Mengapa persamaan Darcy-Weisbach dianggap sebagai hukum mekanika fluida yang “terakhir”
Dalam mekanika fluida, persamaan Darcy-Weisbach adalah persamaan empiris yang menghubungkan kehilangan tekanan (atau kehilangan tekanan) yang disebabkan oleh gesekan dalam pipa dengan kecepatan rata-rata aliran fluida. Persamaan ini tidak hanya mendasar bagi transportasi fluida, tetapi juga memainkan peran penting dalam aplikasi teknik sehari-hari. Persamaan ini dinamai menurut Henry Darcy dan Julius Weisbach, dan sekarang, tidak ada rumus lain yang dapat dibandingkan dengan persamaan Darcy-Weisbach, terutama bila dikombinasikan dengan diagram Moody atau Cole bila digunakan bersama dengan persamaan Booker. Mengapa persamaan Darcy-Weisbach dianggap sebagai hukum "terakhir" dalam mekanika fluida?
Keunggulan persamaan Darcy-Weisbach berasal dari penerimaan dan verifikasinya yang luas dalam teori dan aplikasi.
Latar belakang sejarah
Perkembangan persamaan Darcy-Weisbach dapat ditelusuri kembali ke beberapa ilmuwan terkemuka, termasuk Henry Darcy dan Julius Weisbach. Meskipun nama mereka dikaitkan dengan persamaan tersebut, ilmuwan dan insinyur lain juga terlibat dalam penelitian tersebut. Secara umum, kehilangan tekanan yang diberikan oleh persamaan Bernoulli didasarkan pada beberapa variabel yang tidak diketahui, seperti tekanan, sehingga beberapa hubungan empiris dicari untuk menghubungkan kehilangan tekanan dengan diameter pipa dan laju aliran. Rumus Weisbach diusulkan pada tahun 1845 dan dipublikasikan di Amerika Serikat pada tahun 1848, dan kemudian dikenal luas dalam berbagai aplikasi teknik.
Keberhasilan rumus Weisbach adalah karena ia mengikuti analisis dimensi dan akhirnya memperoleh faktor gesekan tanpa dimensi.
Persamaan kehilangan gesekan
Dalam pipa silinder dengan diameter seragam D, ketika fluida mengalir penuh, kehilangan tekanan Δp yang disebabkan oleh efek viskositas sebanding dengan panjang pipa L. Hal ini dapat dijelaskan oleh persamaan Darcy-Weisbach:
Δp/L = fD * (ρ/2) * ⟨v ²/DH
Di sini, kehilangan tekanan per satuan panjang (Δp/L) merupakan fungsi dari densitas fluida (ρ), diameter hidrolik pipa (DH) dan laju aliran rata-rata (⟨v ). Faktor gesekan fD dalam persamaan tersebut bahkan dapat ditentukan oleh rumus empiris atau dengan melihat Grafik yang dipublikasikan dievaluasi, dan grafik ini sering disebut sebagai grafik Moody.
Faktor gesekan dalam persamaan tersebut tidak hanya terkait dengan bentuk dan kekasaran permukaan pipa, tetapi juga dengan karakteristik fluida itu sendiri.
Penerapan faktor gesekan
Faktor gesekan fD merupakan variabel yang dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk diameter pipa, viskositas kinematik fluida, dll. Ketika alirannya laminar, faktor gesekan berbanding terbalik dengan bilangan Reynolds. HoweMisalnya, ketika aliran menjadi turbulen, kerugian gesekan mengikuti persamaan Darcy-Weisbach, dengan faktor gesekan yang proporsional dengan kuadrat kecepatan aliran rata-rata.
Ketika bilangan Reynolds lebih besar dari 4000, keadaan aliran bersifat turbulen, dan perubahan faktor gesekan dapat dijelaskan oleh diagram Moody. Grafik ini menunjukkan kerugian gesekan yang diukur pada bilangan Reynolds yang berbeda dan memberikan hubungan dengan kekasaran pipa.
Keunggulan persamaan Darcy-Weisbach terletak pada keandalan dan fleksibilitasnya dalam kondisi aliran yang berbeda.
Masalah gesekan fluida yang semakin banyak mendapat perhatian
Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, semakin banyak perhatian diberikan pada penelitian tentang masalah gesekan fluida. Khususnya dalam proses industri yang melibatkan proyek konservasi air skala besar, sistem transportasi pipa, dan berbagai cairan, prediksi akurat yang diberikan oleh persamaan Darcy-Weisbach telah menjadi alat yang sangat diperlukan. Persamaan ini tidak hanya membantu para insinyur merancang pipa, tetapi juga mensimulasikan dan menghitung dalam berbagai kondisi aliran, yang selanjutnya meningkatkan efisiensi pengoperasian sistem fluida.
Dalam mekanika fluida, penerapan persamaan Darcy-Weisbach ada di mana-mana, dan penerapannya yang universal menjadikannya referensi penting bagi para insinyur untuk menggambar cetak biru konservasi air.
Kesimpulan
Singkatnya, penerapan dan keakuratan persamaan Darcy-Weisbach yang luas menjadikannya hukum inti dalam mekanika fluida. Baik dalam merancang sistem perpipaan atau mempelajari karakteristik aliran, persamaan ini merupakan alat yang sangat diperlukan, dan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, bidang penerapannya akan semakin luas. Jadi, dalam penelitian mekanika fluida di masa mendatang, dapatkah persamaan Darcy-Weisbach mengatasi masalah aliran yang semakin kompleks?
