PENERAPAN MEKANIKA FLUIDA DALAM DUNIA PERTAMBANGANDISUSUN OLEH :SYAHRUL1204208010060REZA MAULIDA 1304108010054AKBAR MAULANA 1304108010057M. SUHENDRA RIZKY SUNI1304108010069

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SYIAH KUALATAHUN 2015

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangSuatu zat yang mempunyai kemampuan mengalir dinamakan Fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan fluida yang interaksi antar partikelnya sangat lemah sehingga diabaikan.fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel dan kita dapat menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep mekanika partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk mengalir. Jika kita mengamati fluida dinamis misalnya pada Water jet. Berdasarkan uraian di atas, maka pada makalah ini akan dibahas mengenai fluida dinamis.

1.2 Tujuan PenulisanTujuan dari penulisan ini selain untuk memenuhi salah satu tugas dari mata kuliah Mekanika Fluida, juga bertujuan antara lain : Mengetahui pengertian dari Fluida Dinamis Mengetahui besaran-besaran pada fluida dinamis Mengetahui penerapan fluida dinamis dalam teknologi pertambangan

BAB IIPEMBAHASAN2.1 Definisi Fluida DinamisFluida dinamis adalah fluida yang berupa zat cair atau gas yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida di sini dianggap :a. Tidak kompresibel artinya bahwa dengan adanya perubahan tekanan, volume fluida tidak berubah.b. Tidak mengalami gesekan, artinya bahwa pada saat fluida mengalir, gesekan antara fluida dengan dinding tempat mengalir dapat diabaikan.c. Aliran stasioner, artinya tiap partikel fluida mempunyai garis alir tertentu dan untuk luas penampang yang sama mempunyai laju aliran yang sama.

2.2 Jenis Aliran Fluida DinamisAda beberapa jenis aliran fluida. Lintasan yang ditempuh suatu fluida yang sedang bergerak disebut garis alir. Berikut ini beberapa jenis aliran fluida.a. Aliran lurus ataulamineryaitu aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus. Pada aliran partikel fluida mengikuti lintasan yang mulus dan lintasan ini tidak saling bersilangan. Aliran laminer dijumpai pada air yang dialirkan melalui pipa atau selang.b. Aliranturbulenyaitu aliran yang ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran tak menentu dan menyerupai pusaran. Aliran turbulen sering dijumpai di sungai-sungai dan selokan-selokan.

2.3 Besaran dalam Fluida Dinamis2.3.1 Debit Aliran (Q)Laporan Mekanika FluidaLaporan Mekanika Fluida

Debit aliran adalah volume aliran yang mengalir dalam satuan waktu tertentu. Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau

Di mana :Q = debit aliran (m3/s)A = luas penampang (m2)V = laju aliran fluida (m/s)

Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran

Di mana :Q = debit aliran (m3/s)V = volume (m3)t = selang waktu (s)

2.3.2 Persamaan KontinuitasPersamaan kontinuitas adalah persamaan yang menghubungkan kecepatan fluida dalam dari suatu tempat ke tempat lain. Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka:Debit aliran 1 = Debit aliran 2

2.3.3 Hukum BernoulliHukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :

Keterangan:P = tekanan (Pascal = Pa = N/m2) = massa jenis cairan (kg/m3)g = percepatan gravitasi (m/s2)h = ketinggian (m)

2.3.4 Penerapan dalam Teknologi PertambanganDalam dunia industri, logam adalah material yang sangat dibutuhkan baik dalam mesin , rangka bangunan, pipa, dll. Logam tersebut pastinya memiliki bentuk yang berbeda sesuai dengan fungsi yang akan dijalankan olehnya. Proses pembentukan logam salah satu di antaranya ialah dengan pemotongan agar dicapai bentuk dan ukuran yang diinginkan. Pemesinan Water jet termasuk proses pemotongan dingin, sehingga pada proses pemotongan logam tidak timbul panas. Dengan demikian tidak terjadi kerusakan akibat panas seperti distorsi termal, HAZ (Heat Affected Zone), tegangan termal (thermal stress) pada permukaan yang dipotong dan lain-lain. Selain daripada itu, Water jet machining (WJM) termasuk proses pemotongan yang ramah lingkungan, karena tidak terjadi pelelehan material atau produk sampingan (byproduct) yang berdebu, maka udara di sekitarnya tidak tercemar, tidak beracun dan sangat aman dari bahaya kebakaran.Water jet adalah sebuah alat yang digunakan dalam proses pemotongan dingin dengan cara menyemprotkan air yang bertekanan dan kecepatan tinggi ke permukaan benda kerja. Untuk mendapatkan konsentrasi pengikisan permukaan benda maka digunakan nozzle berdiameter lubang 0,1 s/d 0,4 mm. Tekanan air yang digunakan mencapai 400 MPa dan kecepatan supersonik yang mencapai 900 m/s. Jarak ujung nozzle ke permukaan benda kerja akan berpengaruh terhadap kecepatan pengikisan. Jarak ini disebut standoff distance sekitar 3,2 mm. Tipe alat ini beraneka ragam, ada yang menggunakan medium air yaitu Water Jet Cutting (WJC), Abrasive Jet Machine (AJM) yang menggunakan gas bercampur abrasive bertekanan 0,2 s/d 1,4MPa dengan kecepatan sekitar 2,5- 5,0 m/s. Gas yang digunakan dapat berupa udara kering, nitrogen, carbon dioksida, helium dan lainnya. AJM ini umumnya digunakan untuk pekerjaan finishing, deburring, trimming, cleaning dan sebagainya. Material yang dapat dipotong adalah polimer. Oleh karena itu WJM berkembang pesat dalam industri arsitektur, ruang angkasa, otomotif, manufaktur, makanan dan buah-buahan, board and paper product, tambang batu bara dan lain sebagainya.

Cara kerja pompaAir dan polimer dicampur secara tepat dan campuran tersebut dikirim ke intensifier di mana tekanan dinaikkan. Penguat hidrolis (hidrolik intesifer) menaikan intensitas tekanan air dan memberikannya ke akumulator hidrolis (penampung reservoir), selama itu energi tidak dibutuhkan secara kontinu. Selama periode tak ada proses (idle-periode) energi disimpan di dalam akumulator dan diberikan keluar selama pemotongan.Air bertekanan yang datang dari akumulator dikontrol oleh papan kontrol dari mana air itu pergi ke nosel setelah melewati valves pembuka dan penutup (stop-star). Aliran pancaran keluar dari nosel memotong benda kerja, dan selanjutnya dikumpulkan dalam system saluran.

Keuntungan menggunakan Water jet Dapat digunakan untuk pemotongan yang sangat presisi. Waktu yang dibutuhkan sangat cepat. Ramah lingkungan, tidak menghasilkan limbah yang merusak lingkungan. Lebih ekonomis karena air dan bahan abrasive mudah di daur ulang.

Kerugian menggunakan Water jet Biaya awal untuk pembelian Water jet tinggi,namun untuk proses produksi selanjutnya bila dibandingkan dengan peralatan lain sangat murah, serta menghemat waktu pengerjaan. Perlu adanya perawatan khusus dan berkala, karena air yang dicampur dengan bahan abrasive dipaksa untuk melewati lubang yang sangat sempit sehingga butuh perhatian yang khusus agar peralatan dalam kondisi yang baik.

Studi kasus penggunaan Water jet cutting dalam industri tambang Pada masa awal Water jet cutter mulai diterapkan di sebuah lokasi penambangan yang bernama Tyrganskie-Uklony, di negara uni Soviet pada tahun 1960an. Di mana mereka kesulitan untuk mengambil bahan galian berupa batubara yang terdapat di bawah permukaan tanah. Dikarenakan saat itu mereka kesulitan untuk menggunakan bahan peledak, karena alasan dan risiko tertentu maka mereka menggunakan pompa air yang bertekanan tinggi dengan menggunakan ukuran nozzle saat itu adalah 2 in. Dan dapat melempar jet hingga 60 ft.Pengembangan selanjutnya diarahkan pada pengombinasian pancaran air dengan metode mekanis untuk pemotongan batu bara dan batuan. Pancaran tekanan tinggi memotong tempat yang lemah dari material, hal ini memudahkan proses pemotongan (relatif terhadap pemotongan konvensional) untuk memecahkan batu bara atau batuan.

2.3.5 Contoh Soal dan Pembahasan Fluida DinamisContoh 1. Air laut mengalir secara tunak melalui sebuah nossel berbentuk kerucut sederhana pada ujung sebuah selang pemadam kebakaran seperti yang diilustrasikan pada gambar C5.1. Jika kecepatan keluar nossel tersebut harus sekurang-kurangnya 20 m/s, tentukan kapasitas pemompaan minimum yang dibutuhkan, dalam m3/s.

Penyelesaian.Kapasitas pemompaan yang dicari adalah laju aliran volume yang dialirkan oleh

pompa pemadam kebakaran menuju selang dan nossel. Karena kita menginginkan pengetahuan mengenai laju aliran debit pompa dan kita mempunyai informasi mengenai laju aliran keluar nossel, kita menghubungkan kedua laju aliran ini dengan volume atur yang ditunjukkan dengan garis putus-putus pada Gambar C5.1. Volume atur ini berisi, pada setiap saat, air laut yang berada di dalam selang dan nossel dari keluaran pompa menuju bidang keluaran nossel. Persamaan 5.5 diterapkan pada isi volume atur ini untuk memberikan

Karena alirannya tunak maka laju perubahan terhadap waktu dari massa kandungan volume atur ini adalah nol. Dari Persamaan 5.4, kita lihat bahwa integral permukaan atur di dalam Persamaan 1 melibatkan laju aliran massa pada keluaran pompa di bagian ( 1 ) dan pada sisi keluar nossel di bagian (2) atau

Sehingga

Karena laju aliran massa sama dengan perkalian dari kerapatan fluida, p, dan laju aliran volume, Q, (lihat Persamaan 5.6) dari Persamaan 2 kita memperoleh

Cairan yang mengalir dengan kecepatan rendah, seperti dalam contoh ini, dapat dianggap tidak mampu mampat. Oleh karena itu p1 = p2 dan dari Persamaan 3

Kapasitas pemompaan sama dengan laju aliran volume di sisi keluar nossel. Jikauntuk penyederhanaan distribusi kecepatan di bidang keluaran nossel, bagian (2), dianggap seragam (satu dimensi), maka dari Persamaan 4, 5.6 dan 5.8

BAB IIIPENUTUP3.1 KesimpulanFluida merupakan satu ilmu yang sangat berguna dan aplikasinya banyak digunakan dalam berbagai bidang di kehidupan nyata.Salah satu aplikasi dari ilmu fluida dalam dunia pertambangan yaitu Water jet cutter. Di mana Water jet cutter merupakan alat pemotong logam dengan kondisi dingin. Sehingga mencegah terjadinya kerusakan alat akibat panas seperti distorsi termal, tegangan termal pada permukaan logam yang dipotong. Selain itu Water jet termasuk alat pemotong yang ramah lingkungan karena tidak terjadi pelelehan material atau produk sampingan yang berdebu sehingga udara di sekitarnya terhindar dari pencemaran dan racun, dan sangat aman dari bahaya kebakaran.

3.2 SaranSebaiknya seluruh perusahaan tambang yang memerlukan alat pemotong sudah dapat mulai beralih ke Water jet cutter karena waktu yang dibutuhkan sangat cepat, ramah lingkungan, tidak menghasilkan limbah, dan lebih ekonomis sebab air dan bahan abrasive mudah di daur ulang.

Daftar PustakaNastain, ST., MT., Suroso, ST. (2005). MEKANIKA FLUIDA.Bruce R. Munson., Donald F. Young., Theodore H. Okiishi. MEKANIKA FLUIDA edisi keempat jilid 1. Penerbit Erlangga.Halliday, D., Resnick, R. (1997). Physics, Terjemahan: Patur Silaban dan ErwinSucipto. Jakarta: Erlangga.