SI2131 Mekanika Fluida Hidrolika Parameter Fisik Fluida Joko

SI-2131 Mekanika Fluida & Hidrolika “Parameter Fisik Fluida” Joko Nugroho, ST. MT. Ph. D.

Silabus SI-2131 n Pengertian dan pemahaman mengenai karakteristik fisik fluida, sifat pengalirannya dan interaksi antara dinamika aliran fluida dengan media pengalirannya.

Materi Perkuliahan Minggu Topik Sub. Topik 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 n Hidrolika: fluida air, dikembangkan dari penelitian eksperimental, bersifat empiris. n Hidrodinamika: dikembangkan secara teoritis. n Hidrolika dan Hidrodinamika akhirnya menyatu menjadi Mekanika Fluida. n

Mekanika Fluida n Mekanika fluida bisa dibagi menjadi: n Statika fluida n Kinematika fluida n 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.

n n 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: n Padat (solid) n Fluida : n Cair n Gas Tinjauan terhadap sifat materi: n Susunan molekul n Hubungan gaya dan deformasi n Gaya tangensial antar partikel Bagaimanakah sifat materi zat padat dan zat alir?

Parameter Fisik Fluida: cair (liquid) dan gas n Karakteristik fluida dapat ditinjau dari segi: n Kerapatan, berat jenis, volume n Kompresibilitas / kemampatan n Viskositas / kekentalan n Tegangan permukaan n

Perbedaan zat cair (liquid) dan gas n Zat Cair (liquid) Incompressible n Mempunyai volume tertentu pada tekanan dan temperatur tertentu. n n Gas Compressible n Selalu mengisi ruang n

Unit dan Dimensi dasar: n n n Besaran turunan: n n Panjang, L Massa, M Waktu, T Suhu, Luas, L 2 Kecepatan, LT-1 Kerapatan, ML-3 Satuan: n n n Panjang: m (meter) Waktu: s (second, detik) Massa: kg (kilogram)

British Gravitational System (BG) n n n n Satuan panjang: kaki (ft) Satuan waktu: detik Satuan gaya: pound (lb) Temperatur: o. F Absolute temperatur: o. R = o. F + 459. 67 Satuan massa: slug Satu pound gaya yang bekerja pada benda bermassa 1 slug, akan mengakibatkan percepatan 1 ft/det 2 Benda dengan massa 1 slug, akan memiliki berat 32, 2 lb.

International System (SI) n n n n Satuan panjang: meter (m) Satuan waktu: detik (det) Satuan gaya: newton (N) Temperatur: o. C Absolute temperatur: o. K = o. C + 273 Satuan massa: kilogram (kg) Satu newton gaya yang bekerja pada benda bermassa 1 kilogram, akan mengakibatkan percepatan 1 m/det 2 Benda dengan massa 1 kg, akan memiliki berat 9, 81 N.

English Engineering System (EE) n n n Satuan panjang: kaki (ft) Satuan waktu: detik Satuan gaya: pound (lb) Absolute temperatur: o. R 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/det 2.

Tegangan pada bidang fluida n Gaya FR pada sebuah bidang dapat diuraikan menjadi: Komponen normal (tegak lurus terhadap bidang)= FN n Komponen tangensial= FT n Tekanan (pressure)= FN/A n Shear stress (tegangan geser: FT/A n

Properti Fluida n Definisi-definisi: Kerapatan (Density), = massa/volume, kg/m 3 n Volume spesifik, Vs=1/ , m 3/kg n Berat jenis, = g, N/m 3 n Kerapatan relatif, s = / w n

Densitas / Kerapatan

Hukum Gas Ideal Gas merupakan zat yang relatif sangat mudah dimampatkan (highly compressible). n Perubahan kerapatan gas berhubungan langsung dengan perubahan tekanan dan temperatur. n P : tekanan absolute : kerapatan T : temperatur absolute R: konstanta gas

Viskositas Merupakan ukuran resistensi terhadap deformasi. n Gaya gesek dalam fluida dihasilkan oleh kohesi dan pertukaran momentum antar molekul-molekul fluida. n Terdapat perbedaan perilaku antara cairan dan gas terhadap perubahan suhu. n Fluida ideal: tidak memiliki viskositas, viskositas = 0. n

Viskositas F AU / Y n =F/A= U/Y = du/dy = / (du/dy), “Persamaan viskositas Newton” = viskositas dinamik Satuan: N. det/m 2 atau Pa s atau kg/(m det) n Dalam CGS, satuan viskositas = 1 g/(cm s) = 1 P (poise) 1 Pa. s = 10 P = 1000 c. P

Viskositas kinematik = = / n Satuan viskositas kinematik: n m 2/s = 1. 104 Stokes n 1 cm 2/s = 1 St (stokes) n

Viskositas

Viskositas n n n . 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 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 = V 0 , volume akhir V 0 - V n Tekanan akhir = P 0+ P P ( - V / V 0) = - K ( V / V 0) = K ( / 0) K = Bulk modulus of elasticity of liquid, N/m 2 C = 1/K, kompresibilitas. n

Kompresibilitas

Kompresibilitas Hitung kerapatan (density) air laut pada kedalaman 200 m dibawah muka air laut. Kerapatan di permukaan adalah 1025 kg/m 3. K air = 2. 3 x 109 N/m 2. Pada kedalaman 200 m, (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/m 3 ’ = 0 + = 1025. 896 kg/m 3

Tegangan Permukaan / Surface Tension ( ) n n 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) n Dalam pengukuran menggunakan kolom air, perlu diperhatikan adanya koreksi akibat efek kapiler. n

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 n Tekanan = gaya normal per unit luas, N/m 2 1 Pascal (Pa) = 1 N/m 2 n 1 bar = 100, 000 N/m 2 = 1 x 105 Pa n n Tekanan relatif Pgauge= Tekanan di atas tekanan atmosfir Patm n Pabs = Tekanan di atas vacum = Pgauge+ Patm n n Tekanan Atmosfir = 1 bar = 100, 000 Pa abs.

Cepat Rambat Suara n Kecepatan rambat gangguan/tekanan pada suatu medium (c)

Tekanan Uap • Zat cair akan mengalami penguapan apabila memiliki permukaan terbuka. • Apabila berada dalam ruang tertutup maka akan timbul tekanan uap Zat cair