MEKANIKA FLUIDA I

BAB 1 : PENDAHULUAN Definisi Fluida Ruang Lingkup Mekanika Fluida Persamaan Dasar Metode Analisa Dimensi dan Unit

1. Definisi Fluida Fluida adalah sebuah zat yang akan terdeformasi(mengalami perubahan bentuk) secara terus-menerus(kontinyu) jika dikenai tegangan geser seberapun kecilnya tegangan geser tersebut diberikan

Perbedaan Fluida & Zat Padat Fluida : terdeformasi secara kontinyu seberapapun gaya F dikenakan pada Fluida dari to  t1  t2  .. dst….. F t0 t1 t2 t0 < t1 < t2

Perbedaan Fluida & Zat Padat Zat Padat : tidak akan terdeformasi secara kontinyu selama gaya F yang dikenakan lebih kecil dibanding batas elastisnya F

Jenis Fluida Contoh: - air - minyak - udara - bubur kertas - dll

3. Kompresibilitas (kemampatan) yaitu, perubahan (pengecilan) volume krn adanya perubahan (penambahan) tekanan, yang ditunjukan oleh perbandingan antara perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal. Perbandingan tersebut, dikenal dengan Modulus Elastisitas, dengan rumus : satuan K = N/m2 atau

Aliran transisi Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen. Aliran-aliran fluida tersebut, ditentukan berdasarkan Bilangan Reynolds, dengan konsep dasar : dimana ; V = kecepatan rata-rata fluida (m/d) D = diameter dalam pipa (m) ρ = rapat jenis fluida (kg/m3) µ = viskositas dinamik (Nd/m2) Standart Bilangan Reynolds : Re < 2300 = aliran laminer 2300 < Re < 4000 = aliran transisi ( bilangan Reynolds kritis) Re > 4000 = aliran turbulen

2. Ruang Lingkup Mekanika Fluida Iklim dan Cuaca Kendaraan : Mobil, Kereta Api, Kapal Laut, Pesawat Terbang, dll. (Reduction Drag and Fuel Consumption) Lingkungan : Polusi Udara, Pencemaran Laut Kesehatan : Biomedikal Rekreasi dan Olah Raga Industri Petrokimia dan Perminyakan Konstruksi Bangunan : Gedung, Jembatan, dll. Dan Lain-Lain

Iklim & Cuaca Tornadoes Badai Petir Hurricanes Global Climate

Kendaraan Pesawat Udara Kereta Api Cepat Kapal Laut Mobil

Fuel Consumption

Boxfish (Ostracion Cubicus) Mercedes Benz Bionic Car Drag Boxfish (Ostracion Cubicus) CD=0,06 Mercedes Benz Bionic Car CD=0,095

Lingkungan Polusi Udara River hydraulics Pencemaran Laut oleh Tumpahan Minyak

Kesehatan : Biomedikal Blood pump Ventricular assist device Artificial Heart

Rekreasi & Olahraga Cycling Offshore racing Water sports Auto racing Surfing

Industri Petrokimia & Perminyakan Pompa Angguk Pipa Distribusi Minyak Stasiun Pompa Kilang Petrokimia

Konstruksi Bangunan : Gedung, Jembatan, dll. Jembatan Golden Gate Jembatan Tacoma Narrow – Roboh pada tahun 1944 Visualisasi Aliran Melalui Model Gedung

Robohnya Jembatan Tacoma Narrow - 1944

3. Persamaan Dasar Konservasi/Kekekalan Massa Persamaan Dasar yang Digunakan untuk Menganalisa Mekanika Fluida : Konservasi/Kekekalan Massa Persamaan Momentum Linier (Hk. II Newton) Persamaan Momentum Angular Hukum I Thermodinamika (Kekekalan Energi) Hukum II Thermodinamika (Enthrophy) Dibantu dengan Persamaan Tingkat Keadaan untuk Gas Ideal : p = rRT

Hukum Newton II (tentang gerak) Persamaan Dasar Konservasi Massa Hukum Newton II (tentang gerak)

Persamaan Dasar Moment of Momentum

Hukum Termodinamika II Persamaan Dasar Hukum Termodinamika I Hukum Termodinamika II

(tidak ada perpindahan masa menembus tapal batas) 4. Metode Analisa SISTEM adalah sejumlah masa yang tetap dan diketahui identitasnya, yang dibatasi dari sekelilingnya oleh suatu tapal batas (boundary) Dimana tapal batas tsb dapat tetap atau berubah tetapi masa yang ada di dalamnya harus selalu tetap (tidak ada perpindahan masa menembus tapal batas) m Tapal batas sistem Piston

Metode Analisa CONTROL VOLUME (CV) adalah sembarang volume yang didefinisikan dalam suatu tempat dimana fluida mengalir melaluinya Batas CV disebut Control Surface (CS) CS : - dapat nyata atau imajiner - dapat diam atau bergerak CV CS

Pendekatan Differential & Integral Metode Analisa Pendekatan Differential & Integral Differential Penyelesaian dari persamaan differential suatu gerakan/aliran bersifat detail (point by point) pada perilaku aliran Integral Penyelesaian dengan persamaan integral bersifat global (gross behavior) dan lebih mudah diselesaikan secara analitis.

Metode Deskripsi Aliran, ada 2(dua) macam : Metode Analisa Metode Deskripsi Aliran, ada 2(dua) macam : 1. Metode Langrangian Metode ini melakukan analisa dengan cara mengikuti setiap gerakan partikel fluida kemanapun perginya dalam hal ini setiap property yang terkait dengan partikel fluida berubah sebagai fungsi waktu misalkan: property: kecepatan : V = V(t) tekanan : p = p(t)

Contoh: Metode Langrangian Metode Analisa Contoh: Metode Langrangian Misalkan penerapan dari Hukum Newton II untuk suatu partikel dengan masa tetap m :

Metode Analisa 2. Metode Eulerian Metode ini melakukan analisa dengan menggunakan konsep MEDAN (FIELD) Dimana dalam hal ini setiap property dari gerakan fluida sebagai fungsi dari kedudukan & waktu di suatu titik Misalkan (dalam koordinat rectangular/cartesian): property: kecepatan : V = V(x, y, z, t) Note: metode ini lebih banyak digunakan dalam mekanika fluida

Metode Analisa Contoh

5. Dimensi dan Unit BESARAN-BESARAN FLUIDA Tekanan, p [Pa] Rapat Massa,  [kg/m3] Kecepatan, V [ m/s] Debit, Q [m3/s] Luas penampang, A [m2] SI-Unit (Systeme International d’Unites) MLtT Satuan : massa (M) = kg (kilogram) panjang (L) = m (meter) waktu (t) = sec (second atau detik) temperatur (T) = K (Kelvin)

Dimensi dan Unit Note : dalam Sistem Metrik Absolut Satuan : massa (M) = g (gram) panjang (L) = cm (centimeter) waktu (t) = sec (second atau detik) temperatur (T) = K (Kelvin)

Dimensi dan Unit 1 slug = 1 lbf.sec2/ft British Gravitational System of Units  FLtT Satuan : gaya (F) = lbf (pound force) panjang (L) = ft (foot) waktu (t) = sec (second atau detik) temperatur (T) = R (Rankine) dalam hal ini, karena masa (m) sebagai Dimensi Sekunder, maka satuan masa (m) adalah slug didefiniskan sebagai (dari Hukum II Newton) : 1 slug = 1 lbf.sec2/ft

dimana : gc = konstanta pembanding Dimensi dan Unit c. English Engineering System of Units  FMLtT Satuan : gaya (F) = lbf (pound force) massa (M) = lbm (pound mass) panjang (L) = ft (foot) waktu (t) = sec (second atau detik) temperatur (T) = R (Rankine) karena masa & gaya keduanya sebagai Dimensi Primer, maka Hukum II Newton ditulis sbb : dimana : gc = konstanta pembanding

(gc = bukan gravitasi bumi) Dimensi dan Unit gaya 1 lbf adalah gaya yang dapat menggerakkan masa sebesar 1 lbm dengan percepatan sebesar percepatan gravitasi bumi 32,17 ft/sec2. atau gc = 32,17 ft.lbm/lbf.sec2 (gc = bukan gravitasi bumi) dan : 1 slug = 32,17 lbm

Dimensi dan Unit DIMENSI PRIMER (SI) DIMENSI SEKUNDER