Sifa f t a -sif i a f t a t F l F uida d 1 Sifa f t a -sif i a f t a t F l F uida d 1

Transkripsi

1 Sifat-sifat Fluida Sifat-sifat Fluida

2 MEKNIK FLUID DN HIDRULIK FISIK Mekanika Listrik tom Dsb Zat adat Mekanika Fluida (ir dan gas) Hidrolika (ir) Hidrostatika Hidrodinamika

3 Mekanika Fluida dan Hidraulika Mekanika Fluida dan Hidraulika Statika Fluida (hidrostatika /hidrolika) liran Fluida (hidrodinamika) Mekanika fluida dan hidraulika meruakan cabang dari ilmu mekanika teraan yang berhubungan dengan dengan tingkah laku fluida dalam keadaan diam dan bergerak. Sehingga sifat-sifat fluida memunyai eranan yang sangat enting (berat, keraatan, kekentalan) Hidrolika memelajari gaya-gaya yang bekerja ada benda yang berada dalam cairan dalam keadaan diam, keseimbangan gaya-gaya yang mengaung dan melayang dalam cairan, serta keseimbangan relatif. Hidrodinamika memelajari cairan dalam keadaan bergerak atau mengalir dalam dimensi waktu (t) dan tiga dimensi temat (x,y,z).

4 DEFINISI FLUID FLUID : adalah zat-zat yang mamu mangalir dan menyesuaikan diri dengan bentuk wadah tematnya Sifat-sifat: Tidak daat menahan gaya tangensial atau gaya geser Memiliki daya komresibilitas dan memberikan tahanan kecil terhada erubahan bentuk. Fluida digolongkan dalam cair dan gas, dimana GS Tidak memunyai ermukaan bebas, dan massanya selalu berkembang mengisi seluruh volume ruangan, serta daat dimamatkan. CIRN memunyai ermukaan bebas, dan massanya akan mengisi ruangan sesuai dengan volumenya, serta tidak termamatkan

5 DIMENSI DN STUN DIMENSI : adalah besaran terukur mewujudkan karakteristik suatu obyek.. Massa ( M ).. anjang ( L ). 3. Waktu ( T ). STUN : adalah suatu standar yang mengukur dimensi, yang enggunaannya harus konsisten menurut sistem satuan yang digunakan : Satuan Massa (kg) (M) Satuan anjang (m) (L) Satuan Waktu (t) (T) Satuan Gaya (Newton disingkat N) MLT - Volume (m3) (L 3 ) Keceatan (m/det) (LT - ) erceatan (m/det) (LT - ) Kerja, Energi, Tenaga (Joule disingkat J, Newton meter) (ML T - ) Daya (kerja er waktu, J er-detik) (ML T -3 ) Tekanan (N/m) atau ascal () (Newton er meter ersegi) (ML - T - )

6 Satuan gaya yang bekerja dalam sistem adalah diturunkan dari hukum Newton II, yaitu Fma Dimana F adalah gaya dalam Newton (N) m adalah massa dalam kilogram (kg) a adalah erceatan dalam m/det tau dengan sistem MKS, dimana kilogram (kg) digunakan sebagai satuan berat atau gaya, dan satuan massa adalah kilogram massa Sehingga ersamaan gaya menjadi Gmg Dimana G gaya berat dalam kilogramgaya (kgf) m adalah massa dalam kilogram massa (kgm) a adalah grafitasi dala m/det kgm /g kgf

7

8 Berat Jenis

9 KERTN MSS SUTU ZT (ρ) Raat suatu zat adalah massa dari volume satuan zat tersebut, untuk air raat massanya diangga teta yaitu 000 kg/m 3, ada suhu 4 o C Raat massa gas daat dihitung dengan ersamaan berikut: Dimana: tekanan mutlak dalam ascal Vsvolume sesifik ersatuan massa m 3 /kg Tsuhu mutlak dalam derajat Kelvin (73+C) Rtetaan raat gas dalam J/kg K v s T R ρ v m 3 s / kg kg m 3 ρ RT

10 Keraatan Relatif Keraatan relatif suatu benda adalah bilangan yang menunjukkan erbandingan antara massa suatu benda dengan massa suat zat yang bervolume volume sama, yang ditentukan sebagai atokan. Misal adat dan cair menggunakan suhu 4 o Csedang gas sering menggunakan udara bebas yang mengandung CO ada suhu 0 o C, dan ada tekanan atmosfir.03 x0 5 a ker aa tan relatif suatu zat massa massa zat tersebut air yang volumenya sama

11 Jika 5.6 m3 minyak memunyai berat N,maka beraakah raat ρ dan raat relatifnya berat raat volume ρg ρ g satuan ρg kg / m N / m 3 raat relatif ρ ρ min air yak

12 Hitunglah raat ρ dan volume sesifik v s metana ada suhu 40 o C, dan tekanan mutlak 8.3 Bar, bila diketahui R tetaan gas sebesar 58 J/kg K raat ρ RT 8.3x0 58( ) 5. kg/m 3 volume sesifik v ρ 5. s 0.96 m 3 /kg

13 Kekentalan (viskositas) fluida Kekentalan adalah sifat yang menentukan besar daya tahan terhadagaya geser Kekentalan disebabkan oleh saling engaruh antara melekul-melekul fluida. Lemeng bergerak dy Lemeng diam V U y F Dua lemeng sejajar terisah jarak y yang kecil, antara lemeng diisi fluida. Lemeng atas bergerak oleh gaya F dengan keceatan U, lemeng bawah diam. Variasi keceatan akan membentuk garis lurus erbandingan segi tiga keceatan terhada jarak U/y erbandingan erubahan keceatan terhada jarak dv/dy shg: dv Kekentalan mutlak (dinamik) : dv τ µ atau µ dy ν µ ρ τ dv / dy U F y dv dy τ(tao) F/. adalah tegangan geser F τ dv dy F (gaya geser), (luas), µ (mu)(tetaan kesebandingan fluida Newton dalam satuan a detik) berbanding terbalik dengan laju regangan dv/dy, ν (nu)(koefisien kekentalan kinematik dalam m /det), ρ raat massa

14 Sebuah silider berjari-jari 0. m berutar secara konsentris didalam sebuah silinder teta berjari-jari 0.3 m. anjang kedua silinder adalah 0.3 m. tentukan kekentalan cairan yang mengisi antara kedua silinder jika suatu torsi Nm dierlukan untuk memertahankan keceatan sudut sebesar π rad/dtk Keceatan tangensial silinder dalam π rad rω (0. m) dtk m/dtk 0.3 m Ruangan antara kedua silinder gradien keceatannya diangga garis lurus sehinga dv dy ( ) er dtk 0. m 0.3 m Torsi yang bekerja torsi yang menahan τ(luas).(l engan) τ( πr rata rata τ( π 0. 5 )( 0. 3 )( 0. 5 ) τ 9. 9 a (tegangan geser) ).(anjang silinder). (lengan) kekentalan τ 9.9 µ 0. dv dy a dtk

15 Kailaritas α θ θ α h d air

16 Kohesi adalah ikatan zat yang sejenis, adhesi adalah ikatan yang tidak sejenis dhesi > kohesi, cairan naik dalam tabung dhesi< kohesi, cairan turun dalam tabung Kaileritas efektif untuk tabung dengan diameter lebih kecil dari 0 mm contoh Diketahui tabung dengan jari-jari mm, maka kenaikan kailer antar muka air, udara, kaca, dengan sudut θ0 ο, σ0.073 Ν/m untuk air dengan suhu 0 o C, ρ000kg/m 3 h h h 000 4σ cos θ ρ gd 0.05 (0.073 N / m )(cos 0 o ) 0.05 ( N. s ) / kg 3 kg / m (9.8 m / s )( 0.00 m ) m Diketahui tabung dengan jari-jari mm, maka kenaikan kailer antar muka air raksa, udara, kaca, dengan sudut θ30 ο, σ0.48 Ν/m untuk air dengan suhu 0 o C, ρ3600 kg/m 3 σ α θ d air θ α σ h h 3600 o (0.48 N / m )(cos 30 ) 3 kg / m (9.8 m / s )( 0.00 m ) ( N. s ) / kg h m

17 Tekanan Fluida Tekanan Fluida diancarkan dengan kekuatan yang sama ke segala arah dan bekerja tegak lurus ada suatu bidang. Tekanan dinyatakan sebagai gaya dibagi luas ( a) d( N) dalam N / m ( a) d( m ) Tekanan dalam bar d( N) ( bar) x0 d( m ) 5 erbedaan Tekanan dua titik dalam zat cair ada g ( h h ) dalam a ketinggian berbeda erbedaan Tekanan suatu titik dalam zat cair terhada ermukaan zat cair ρ ρgh ρ gh dalam a, 5 0 ( a) ρg ( N / m Head atau tinggi tekanan (h) h ( m) dalam ( m) 3 ) dalam bar Modulus Elastisitas (E) menyatakan komresibilitas suatu luida, meruakan erbandingan erubahan tekanan satuan terhada erubahan volume. d' a E 3 3 dv / V m / m a atau Nm

18 Gaya tekan dalam zat cair risma cairan segitiga dalam keadaan diam Dibebani fluida dari sekitarnya ada ermukaan,,, 3. gaya arah x,y,z saling meniadakan. Sehingga enjumlahan gaya arah x dan y Σx 0 3 sin θ Σy 0 0 gaya F w ( dy. dz) 3( ds. dz ) sin θ 3 cos θ dw 0. gaya berat ( ( dx. dz) 3( ds. dz) cosθ w. dx. dy. dz) dy ds. sinθ, dx ds. cosθ dy. dz dy. dz 0 { dxdz 3 3, 3 dxdz w dy w ( dx. dy. dz )} / dx. dz z y dz dy 3 sinθ dx d W ds Jika ukuran risma mendekati titik, dy mendekati nol sebagai limit, dan tekanan rata-rata menjadi tekanan titik seimbang, maka jika dy0 dari ersamaan didaat 3, dan selanjutnya 3. 3 θ x

19 B adalah bagian cairan sebagai benda bebas dengan enamang d, dalam keadaan seimbang, ada titik gaya bekerja d dan ada B bekerja gaya d. Berat benda B adalah WρgLd, dan terdaat gaya-gaya tegak lurus ada B. ersamaan keseimbangan : Σx 0 d d w. L. d.sin θ 0 h θ ρgh h d w ρg B W L Lsinθ h h d sehinga ersamaan di atas menjadi ( ) ρg( h h )

20 Modulus total (bulk) elastisits (E) Komreai gas daat terjadi ada massa gas yang sama ada kondisi yang berbeda Modulus total (E) Kondisi isotermal (suhu teta) maka kondisi diatas menjadi Modulus total (E) ada kondisi adiabatik (tidak ada ertukaran anas) kerbandingan anas sesifik ada tekanan teta terhada volume teta (angkat isentroik) v v T T MR ρ T ρ T R ρ v v dan ρ E v k E k. v k dan ρ ρ ρ k Dimana tekanan dalam a, vvolume dalam m 3, M massa kg, ρraat massa kg/m3, Rtetaan gas J/kg K, Tsuhu dalam derajat K (73+ o C)

21 Carilah erubahan volume m 3 air ada suhu 6.7 o C bila mengalami kenaikan tekanan sebesar 0 Bar. Tentukan modulus bulk (total) elastisitas air, ada 35 Bar volumenya m 3 dan ada 40 Bar volumenya m 3. jika diketahui ada tabel bahwa E ada suhu 6.7 o c sama dengan.4 x 0 9 a erubahan volume dv v d E ' 3 m x 0 x0 9.4 x m 3 E d dv / ' v ( 40 ( )0.000 ) / x0 9 a

22 Sebuah silinder berisi 0.35 m3 udara ada 50 o C, dan.76 bar.ada enekanan terhada udara tersebut menjadi 0.07 m3, dengan mengangga roses isothermal (suhu teta) beraa tekanan yang diberikan ada volume yang baru tersebut dan beraakah modulus elastisitasnya. Bila kondisi isentroik (tidak ada ertukaran anas) beraakah tekanan dan suhu akhir dan beraakah elastisitasnya. Kondisi isothermal (.76 x0 v ' 3.6 bar E ' 3.6 bar v 5 ) 0.35 ( ' x0 5 ) 0.07 Kondisi isentroik v (.76x0 T k 5 v ' 5.8 k, k udara.40 )(0.35) bar Kondisi suhu akhir T T T k k K ( o C ' x0 5 ) ( 0.07).40 5 E k '.40 x 5.8 x Ma

23 Dari gambar diketahui luas silinder enghisa m, dan luas silinder B0.4 m. berat beban B40 kn, bejana dan saluran enghubungnya diisi cairan minyak dengan keraatan relatif beraakah berat gaya yang dibutuhkan untuk memertahankan keseimbangan, bila berat diabaikan. Keadaan seimbang artinya harus memertahankan osisi 5 meter beda ketinggian. + tekanan cairan 5 meter berat beban luas silinder B B 5m B + ρ gh , 4 m N X L X R + ( 0.75 x 980 x 5 ) a ( N / m ) F 6300 a x m 53 N Bagaimana kalau Keadaan seimbang ada beda tinggi 0 meter??

24 Dari gambar diketahui luas silinder enghisa m, dan luas silinder B0.4 m. berat beban B40 kn, bejana dan saluran enghubungnya diisi cairan minyak dengan keraatan relatif beraakah berat gaya yang dibutuhkan untuk memertahankan keseimbangan, bila berat diabaikan. B m B

25 Tentukan tekanan di, akibat enyimangan defleksi air raksa, keraatan relatif air raksa 3.57 Tekanan di B dan C sama sehingga D 3.9 m + ρgh( air) + ρgh( air raksa) D + 980( ) 0 + (3.57 x980)( ) 4000 a.4 Bar air B C 3.6 m 3 m

26 Tekanan di.5 Bar, akibat tekanan tersebut tentukan defleksi air raksa, keraatan relatif air raksa Tekanan di B dan C sama sehingga D? 3.6 m air B C 3 m

27 Bila tekanan di sebesar a, carilah keraatan densitas cairan B Tekekanan di C tekanan di D (.6 x 980 D + ρgh ( C ) 350 a D )0.5 D udara G 3.4 G D -350 a, berat udara diabaikan 3. E F 3.0 Tekekanan E tekanan F 0 E G + r rt ( ρ gh ) r rt (980 r rt 0.8 )( ).7 C D Raat relatif.6 Cairan B

28 Bila tekanan di sebesar.000 a, carilah keraatan densitas cairan B Tekekanan di C tekanan di D F (.6 x 980 D + ρgh... a D )0.5 D udara G 3.4 E G D. a, berat udara diabaikan 3. Tekekanan G tekanan E G G 0 + r rt ( 980 )( 3.6 r rt...? F + r rt ( ρ gh ) 3.4 ).7 C D Raat relatif.6 Cairan B

29 Bila tekanan di sebesar a, carilah keraatan densitas cairan B F 3.6 udara G 3.4 E? 3..7 C D Cairan B Raat relatif.6