Transcript Document 7599910

SI-2131
Mekanika Fluida & Hidrolika
“Parameter Fisik Fluida”
Joko Nugroho, ST. MT. PhD.
Silabus SI-2131

Pengertian dan pemahaman mengenai
karakteristik
fisik
fluida,
sifat
pengalirannya dan interaksi antara
dinamika aliran fluida dengan media
pengalirannya.
Materi Perkuliahan
Minggu
Topik
SubTopik
1.
Parameter Fisik Fluida
Densitas, viskositas dan kompresibilitas fluida
2.
Statika Fluida
Keseimbangan fluida statis pada pintu, dam dan
bangunan air.
3.
Kinematika Fluida
Garis alir, fungsi alir, vektor kecepatan dan percepatan
4.
Pengenalan Dinamika Fluida
Control volume, Pers momentum, Newton II
5.
Pengenalan Dinamika Fluida
Persamaan Kontinyuitas Persamaan Energi
6.
Aliran pada Saluran Tertutup
Karakteristik Aliran, Karakteristik Pipa, Kehilangan
Enerji
7.
Aliran pada Saluran Tertutup
Analisis aliran pada Pipa bercabang paralel dan non
paralel
8.
UJIAN TENGAH SEMESTER
Materi Perkuliahan
Minggu
9.
Topik
Subtopik
Aliran pada saluran Terbuka
Karakteristik Aliran.
Karakteristik hidrolis saluran , Distribusi
Kecepatan, Distribusi Tekanan, Tinggi Enerji
Aliran
10.
Aliran pada saluran Terbuka
• Persamaan momentum Newton II
• Persamaan enerji Bernaulli
• Energi dan gaya khas
11.
Aliran pada saluran Terbuka
• Aliran Kritis
• Bilangan Froude
12.
Aliran pada saluran Terbuka
• Aliran Seragam
• Methoda Manning, Chezy dan Strickler
13.
Aliran pada saluran Terbuka
Gaya seret dan kecepatan ijin
14.
Aliran pada saluran Terbuka
Aliran dihilir sebuah ambang tajam,
15.
Aliran pada saluran Terbuka
Aliran dihilir sebuah ambang mercu,
Mekanika Fluida




Ilmu tentang aliran fluida secara garis besar
diklasifikasikan menjadi: hidrolika dan
hidrodinamika
Hidrolika: fluida air, dikembangkan dari
penelitian eksperimental, bersifat empiris.
Hidrodinamika: dikembangkan secara
teoritis.
Hidrolika dan Hidrodinamika akhirnya
menyatu menjadi Mekanika Fluida.
Mekanika Fluida

Mekanika fluida bisa dibagi menjadi:
 Statika fluida
 Kinematika fluida
 Dinamika fluida
Pendahuluan
Aquaduct di Italia yang dibangun
bangsa romawi.
Sketsa aliran fluida dipermukaan oleh Leonardo da
Vinci.
Sketsa aliran fluida dalam suatu pelebaran dan aliran
fluida disekitar suatu benda oleh Leonardo da Vinci.


Koefisien kontraksi dari
suatu aliran jet pada
pipa 2 dimensi adalah
0.611.
Harga ini sesuai dengan
hasil percobaan, yaitu
mendekati 0.60.
Apakah Fluida itu?
Jenis materi:
 Padat (solid)
 Fluida :
 Cair
 Gas
Tinjauan terhadap sifat materi:
 Susunan molekul
 Hubungan gaya dan deformasi
 Gaya tangensial antar partikel
Bagaimanakah sifat materi zat padat dan zat alir?
Parameter Fisik Fluida


Fluida: cair (liquid) dan gas
Karakteristik fluida dapat ditinjau dari segi:
Kerapatan, berat jenis, volume
 Kompresibilitas / kemampatan
 Viskositas / kekentalan
 Tegangan permukaan

Perbedaan zat cair (liquid) dan gas

Zat Cair (liquid)
Incompressible
 Mempunyai volume tertentu pada tekanan dan
temperatur tertentu.


Gas
Compressible
 Selalu mengisi ruang

Unit dan Dimensi

Dimensi dasar:





Besaran turunan:




Panjang, L
Massa, M
Waktu, T
Suhu, 
Luas, L2
Kecepatan, LT-1
Kerapatan, ML-3
Satuan:



Panjang: m (meter)
Waktu: s (second, detik)
Massa: kg (kilogram)
British Gravitational System (BG)








Satuan panjang: kaki (ft)
Satuan waktu: detik
Satuan gaya: pound (lb)
Temperatur: oF
Absolute temperatur: oR = oF + 459.67
Satuan massa: slug
Satu pound gaya yang bekerja pada benda
bermassa 1 slug, akan mengakibatkan percepatan 1
ft/det2
Benda dengan massa 1 slug, akan memiliki berat
32,2 lb.
International System (SI)








Satuan panjang: meter (m)
Satuan waktu: detik (det)
Satuan gaya: newton (N)
Temperatur: oC
Absolute temperatur: oK = oC + 273
Satuan massa: kilogram (kg)
Satu newton gaya yang bekerja pada benda
bermassa 1 kilogram, akan mengakibatkan
percepatan 1 m/det2
Benda dengan massa 1 kg, akan memiliki berat 9,81
N.
English Engineering System (EE)






Satuan panjang: kaki (ft)
Satuan waktu: detik
Satuan gaya: pound (lb)
Absolute temperatur: oR
Satuan massa: pound mass (lbm)
Satu pound gaya yang bekerja pada benda
bermassa 1 lbm, akan mengakibatkan
percepatan sebesar percepatan gravitasi,
yaitu 32,174 ft/det2.
Tegangan pada bidang fluida

Gaya FR pada sebuah bidang dapat diuraikan
menjadi:
Komponen normal (tegak lurus terhadap bidang)=
FN
 Komponen tangensial= FT
 Tekanan (pressure)= FN/A
 Shear stress (tegangan geser: FT/A

Properti Fluida

Definisi-definisi:
Kerapatan (Density),  = massa/volume, kg/m3
 Volume spesifik, Vs=1/, m3/kg
 Berat jenis,  = g, N/m3
 Kerapatan relatif, s = /w

Densitas / Kerapatan
Hukum Gas Ideal


Gas merupakan zat yang relatif sangat mudah
dimampatkan (highly compressible).
Perubahan kerapatan gas berhubungan
langsung dengan perubahan tekanan dan
temperatur.
p  RT
P : tekanan absolute
 : kerapatan
T : temperatur absolute
R: konstanta gas
Viskositas




Merupakan ukuran resistensi terhadap
deformasi.
Gaya gesek dalam fluida dihasilkan oleh
kohesi dan pertukaran momentum antar
molekul-molekul fluida.
Terdapat perbedaan perilaku antara cairan
dan gas terhadap perubahan suhu.
Fluida ideal: tidak memiliki viskositas,
viskositas = 0.
Viskositas
F AU / Y
 =F/A= U/Y
=  du/dy
 =  / (du/dy),
 “Persamaan viskositas
Newton”
 = viskositas dinamik
Satuan: N.det/m2 atau Pa
s atau kg/(m det)

Dalam CGS, satuan
viskositas = 1 g/(cm s) = 1 P
(poise)
1 Pa.s = 10 P = 1000 cP
Viskositas


Viskositas kinematik =  =  / 
Satuan viskositas kinematik:
m2/s = 1 . 104 Stokes
 1 cm2/s = 1 St (stokes)

Viskositas
Viskositas






.
Newtonian fluid: fluida dengan  konstan
Plastis,  = A + B (du/dy)n. Bingham Plastic, n = 1, contoh:
sewage sludge (limbah berupa sludge/bubur), pasta gigi,
offshore mud.
Dilatant fluid: viskositas bertambah jika tegangan geser
bertambah. (shear thickening fluid): contoh: tepung jagung +
air.
Pseudo plastic fluid: viskositas menurun jika tegangan geser
bertambah. Contoh: hair styling gel
Thixotropic: viskositas menurun terhadap waktu pemberian
gaya (shearing force). Tinta khusus untuk keperluan luar
angkasa.
Rheopetic: viskositas meningkat terhadap waktu pemberian
gaya. Contoh: pelumas
movie
Pengaruh suhu terhadap
viskositas
3/ 2
CT

T S
  De
B /T
Untuk Gas, Persamaan
Sutherland
C, S: konstanta empirik
T : suhu absolut
Untuk Liquid, Persamaan
Andrade
D, B: konstanta empirik
T : suhu absolut
Kompresibilitas
Volume awal = V0 , volume akhir V0 - V
 Tekanan akhir = P = P0+P
P  (- V / V0)
= - K (V / V0)
= K ( / 0)
K = Bulk modulus of elasticity of liquid, N/m2
C = 1/K, kompresibilitas.

Kompresibilitas
m

V
m
m dV
dV
d   2 dV  
 
V V
V
V
d
dV


V

V

0
V0
Kompresibilitas
Hitung kerapatan (density) air laut pada kedalaman
200 m dibawah muka air laut. Kerapatan di permukaan
adalah 1025 kg/m3. K air = 2.3 x 109 N/m2.
Pada kedalaman 200m,
(asumsi  konstan), P =  g h = 1025 x 9.81 x
200=2.01 x 106 N
P = K ( / 0)
 = (P x 0)/K = 0.896 kg/m3
’ = 0 +  = 1025.896 kg/m3
Tegangan Permukaan / Surface
Tension ()




Permukaan cairan berperilaku seperti sebuah
membran elastis yang mengalami tarikan.
Molekul pada liquid pada dasarnya tertarik ke segala
arah oleh molekul lain disekelilingnya.
Namun, pada permukaan, gaya yang terjadi tidak
seimbang, sehingga molekul dipermukaan ditarik ke
arah kumpulan massa cairan.
Adanya tegangan permukaan akan meminimalkan
luas permukaan. Contoh: titik cairan akan
cenderung membentuk menyerupai bola.
movie
Tegangan Permukaan / Surface
Tension ()
Efek Kapiler
Efek Kapiler


Dari keseimbangan antara tegangan
permukaan dan komponen berat dari zat cair
yang naik, dapat diperoleh harga kenaikan
atau penurunan muka air dalam pipa:
h=(4 Cos ) / ( D)
Dalam pengukuran menggunakan kolom air,
perlu diperhatikan adanya koreksi akibat efek
kapiler.
Efek Kapiler
Susunlah suatu persamaan kenaikan/penurunan
muka zat cair diantara dua pelat vertikal yang
paralel.
2  Cos  L = b h L 
h =( 2  Cos  ) / (b )
Tekanan

Tekanan = gaya normal per unit luas, N/m2
1 Pascal (Pa) = 1 N/m2
 1 bar = 100,000 N/m2 = 1x105Pa


Tekanan relatif
Pgauge= Tekanan di atas tekanan atmosfir Patm
 Pabs = Tekanan di atas vacum = Pgauge+ Patm


Tekanan Atmosfir = 1 bar = 100,000 Pa abs.
Cepat Rambat Suara

Kecepatan rambat gangguan/tekanan pada
suatu medium (c)
dp
c
d
c
K

Tekanan Uap
• Zat cair akan mengalami penguapan apabila
memiliki permukaan terbuka.
• Apabila berada dalam ruang tertutup maka akan
timbul tekanan uap.
uap
Zat cair
Zat cair