Mekanika Fluida & Hidrolika “Parameter Fisik Fluida” Yulyana Aurdin, ST., M.Eng

YULYANA AURDIN, ST.,M.ENG

2. TIDAK MEMAKAI BAJU KAOS DAN SANDAL ATURAN PERKULIAHAN 1. TEPAT WAKTU 2. TIDAK MEMAKAI BAJU KAOS DAN SANDAL

3. TAAT SEGALA PERATURAN PERKULIAHAN 4. KEHADIRAN MIN 80%

Materi Perkuliahan 1. Parameter Fisik Fluida 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. Persamaan Kontinyuitas Persamaan Energi 6. Aliran pada Saluran Tertutup Karakteristik Aliran, Karakteristik Pipa, Kehilangan Energi 7. Analisis aliran pada Pipa bercabang paralel dan non paralel 8. UJIAN TENGAH SEMESTER

Pengertian dan pemahaman mengenai karakteristik fisik fluida, sifat pengalirannya dan interaksi antara dinamika aliran fluida dengan media pengalirannya.

Materi Perkuliahan Minggu Topik Subtopik 10. 9. Aliran pada saluran Terbuka Karakteristik Aliran. Karakteristik hidrolis saluran , Distribusi Kecepatan, Distribusi Tekanan, Tinggi Enerji Aliran 10. Persamaan momentum Newton II Persamaan enerji Bernaulli Energi dan gaya khas 11. Aliran Kritis Bilangan Froude 12. Aliran Seragam Methoda Manning, Chezy dan Strickler 13. Gaya seret dan kecepatan ijin 14. Aliran dihilir sebuah ambang tajam, 15. Aliran dihilir sebuah ambang mercu, 16. UJIAN AKHIR SEMESTER

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 Aqueduct di Italia yang dibangun bangsa romawi.

Terowongan air, sebagai penyedia air untuk kebutuhan rumah tangga atau irigasi bisa berada di bawah maupun atas tanah. Di beberapa tempat dunia ini, ada terowongan air yang menjulang tinggi membelah kota. Terowongan air Camaya Terowongan air Camaya ini dibangun pada masa Raja Joao V (1706 – 1750) memerintah. Tujuannya adalah sebagai penyedia air ke kota Lisbon. Terowongan air ini memiliki 109 tiang yang berjajar dari ujung ke ujung. Tinggi penyangga terowongan air ini mencapai 65 meter.

Terowongan Air Vanvitelli Terowongan air Vanvitelli ini dibangun oleh seorang arsitektur bernama Luigi Vanvitelli. Luigi membangun terowongan air ini atas perintah Raja Charles VII dari Naples untuk mensuplai kerajaan Caserta.

Terowongan air Eagle merupakan terowongan air yang memiliki konstruksi paling rumit di Spanyol. Terowongan air ini dibangun pada abad 1 Masehi. Terowongan air Santiago de Queretaro ini terletak di Meksiko. Panjangnya adalah 1280 meter dan tingginya 20 meter. Terowongan air ini dibangun oleh Marquis Juan Antonio pada tahun 1738.

Terowongan air di Segovia yang merupakan terowongan air terpanjang peninggalan zaman Romawi. Letaknya di Eropa bagian barat, tepatnya di Segovia, Spanyol dan memiliki panjang 728 meter dengan ketinggian 28 meter.

Koefisien kontraksi dari suatu aliran jet pada pipa 2 dimensi adalah 0 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 Incompressible Mempunyai volume tertentu pada tekanan dan temperatur tertentu. Gas Compressible Selalu mengisi ruang

Unit dan Dimensi Dimensi dasar: Besaran turunan: Satuan: Panjang, L Massa, M Waktu, T Suhu,  Besaran turunan: 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

Hukum Gas Ideal Gas merupakan zat yang relatif sangat mudah dimampatkan (highly compressible). Perubahan kerapatan gas berhubungan langsung dengan perubahan tekanan dan temperatur. 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 Viskositas kinematik =  =  /  Satuan viskositas kinematik: m2/s = 1 . 104 Stokes 1 cm2/s = 1 St (stokes)  “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 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 . Eugene C. Bingham 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 = 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 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.

Tegangan Permukaan / Surface Tension ()

Efek Kapiler Source: Bruce & Munson

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 Tekanan relatif 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)

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