Transcript Document 9650496

Matakuliah : K0635 - FISIKA
Tahun
: 2007
HIDRODINAMIKA
Pertemuan 22-23
HIDRODINAMIKA
Hidrodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang
fluida yang mengalir ( bergerak ).
Pada bagian ini akan dibahas mengenai: macam-macam
aliran, persamaan kontinuitas, persamaan Bernoulli,
mengukur kecepatan aliran fluida, dan viskositas.
1. Macam-Macam Aliran Fluida
Secara umum aliran fluida dapat berupa : aliran steady (tunak) ,
aliran viscous, dan aliran turbulen.
(1) Aliran steady ( tunak )
Merupakan aliran yang sangat teratur, garis alirnya lurus, paralel
dan mempunyai kecepatan aliran yang sama pada setiap
penampang lintang.
V
3
Bina Nusantara
Aliran Viscous ( kental )
Merupakan aliran fluida yang mempunyai kekentalan .
Kecepatan fluida tidak sama pada setiap penampang
lintang, karena adanya gesekan antar partikel fluida dan
dengan dinding pipa.
V
Aliran turbulen
Merupakan aliran fluida yang tidak teratur.
Bina Nusantara
2. Persamaan Kontinuitas
Untuk fluida yang tak termampatkan, artinya rapat massa
fluida tidak berubah, massa fluida yang masuk pipa =
massa fluida yang keluar pipa .
A1
V1
A2
V2
Persamaan kontinuitas : AV = konstan
Maka :
A1 V1 = A2 V2
Debit aliran : Q = AV
A = luas penampang pipa
V = kecepatan aliran fluida dalam pipa
Bina Nusantara
3. Persamaan Bernoulli
Untuk aliran dalam fluida yang ketinggiannya berubah,
maka berlaku :
P + ½ V2 +  g Y = Konstan
1
Artinya: P1  ρ V  ρ gY1  P2 
2
2
1
1
2
P +  g Y disebut tekanan statik
½ V2
disebut tekanan dinamik
P = tekanan, dalam Pascal
ρ = rapat massa fluida
P1 , A1 , V1 , Y1
Bina Nusantara
ρ V22  ρ gY2
P2, A2, V2, Y2
4. Mengukur Kecepatan Aliran fluida
(1) Alat Ukur Venturi
Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan aliran
fluida di dalam suatu pipa.
Sebuah pipa dengan luas penampang A1 dialiri fluida,
yang rapat massanya ρ . Pada bagian tengah diameter
pipa diperkecil (luas penampang A2). Sebuah
manometer dipasang pada pipa tersebut ( lihat
gambar). Dengan menggunakan persamaan
Kontinuitas dan Bernoulli , akan diperoleh kecepatan
aliran fluida dalam pipa , seperti berikut :
V  A2
Bina Nusantara
2(   ) gh
 ( A12  A22)
1
V, ρ, A1
A2
h
ρ’
Bina Nusantara
(2) Tabung Pitot
Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan aliran
udara.
'
2ghρ
V
ρ
 = rapat massa udara
’ = rapat massa fluida dalam pipa U
h = beda tinggi fluida dalam pipa U
Bina Nusantara
a
ρ
h
ρ’
Bina Nusantara
5. Viskositas
Besaran yang berhubungan dengan kekentalan dari
fluida, dan menggambarkan adanya gesekan antar
partikel dalam fluida
(1) Pengukuran Viskositas
Fluida diletakan di antara dua keping kaca dan diberi
gaya geser F
fluida
d
F
lempeng diam
F = ( V A / d) 
atau  = ( F / A ) / ( V / d )
A = luas keping ; V = kecepatan ,
d = jarak antara 2 keping , V / d = gradien kecepatan
Satuan : 1 poise = 1 dyne sec. Cm-2
Bina Nusantara
(2) Kecepatan Aliran Viscous
Pengaruh kekentalan pada aliran fluida , kecepatan aliran
fluida tidak sama di semua titik penampang
Besar kecepatan aliran tersebut adalah :
(P -P )
V  1 2 ( R2 - r2 )
4 L
P1 – P2 = beda tekanan antara kedua ujung pipa
L = panjang pipa
R = jari-jari pipa
r = jarak titik yang ditinjau dari sumbu pipa
Debit aliran diberikan oleh persamaan berikut :
4 ( P1 - P2)

R
Q
8 
L
Bina Nusantara
(3) Hukum Stokes
Benda berbentuk bola , jari-jari r dan bergerak di dalam
fluida yang ada kekentalannya (viscous), akan mengalami
gaya hambatan :
F=6rV
Setelah beberapa waktu , kecepatan bola akan konstan ,
yang besarnya :
r 2g
V 2
( ρ  ρ' )
T 9 
 = rapat massa benda
’ = rapat massa fluida
Bina Nusantara
(4) Bilangan Reynolds
Merupakan kombinasi 4 faktor yang menentukan
jenis aliran fluida :
VD
N 
D = diameterRpipa
NR = 0 - 2000 : aliran laminer
> 3000
: aliran turbulen
= 2000 – 3000 : aliran transisi
Bina Nusantara