Mempelajari grafik gerak partikel zat cair tanpa meninjau gaya penyebab gerak tersebut.

Transkripsi

1 KINEMATIKA ZAT CAIR Mempelajari grafik gerak partikel zat cair tanpa meninjau gaya penyebab gerak tersebut. Jenis aliran. Aliran inisid dan iskos Aliran inisid aliran dengan kekentalan zat cair μ 0 (zat cair ideal) τ antar partikel zat cair 0 aliran iskos aliran yang memperhitungkan kekentalan (iskositas) zat cair riil μ 0 ; τ 0. Aliran Compressible dan in-compressible Aliran compressible dapat termanpatkan ρ berubah P meningkat Aliran in-compressible - tidak termanfaatkan 3. Aliran laminar dan turbulen - Penyederhanaan pada aliran mantap dengan kemampatan kecil ρ konstan - Pada aliran pipa yang terjadi perubahan tekanan aliran tidak mantap kompresibilitas zat cair diperhitungkan Aliran laminar = jika partikel-partikel zat cair bergerak teratur, membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling memotong Aliran laminar terjadi jika kecepatan aliran rendah ukuran saluran kecil dan zat cair mempunyai kekentalan besar Aliran Turbulen ; jika partikel-partikel zat cair bergerak tidak teratur dan garis lintasannya saling berpotongan Aliran turbulen terjadi jika kecepatan aliran besar, saluran lebar dan zat cair mempunyai kekentalan kecil (tidak terpengaruh iskositas). Contoh : aliran di sungai, saluran drainase/ irigasi, laut

2 Zat warna Pipa kecil Val/katub Alat osborn Reynolds Aliran laminer Aliran kritik Aliran Turbulen Menurut Reynolds, ada 3 faktor yang mempengaruhi keadaan aliran: - Kekentalan fluida (μ) - Rapat massa fluida (ρ) - Diameter pipa (D) Hubungan μ,ρ,dan D yang mempunyai dimensi sama dengan kecepatan adalah μ/ρd. Reynolds menunjukan bahwa aliran dapat diklasifikasikan berdasarkan suatu angka tertentu. Angka tersebut diturunkan dengan membagi kecepatan aliran dalam pipa dengan nilai μ/ρd angka Reynolds Re V. D. DV. D kekentalan kinematik Pada angka Reynolds rendah, gaya kental dominan sehingga aliran adalah laminar. Dengan bertambahnya angka Reynolds, baik karena bertambahnya, atau berkurangnya kekentalan, atau bertambah besarnya dimensi medan aliran (pipa), menyebabkan kondisi aliran laminar menjadi tidak stabil, sampai pada suatu angka Reynolds tertentu aliran menjadi Turbulen Re < gangguan aliran dapat diredam oleh kekentalan fluida

3 - Aliran laminer 000 < Re < 4000 aliran kritik Re > 4000 aliran Turbulen 4. Aliran mantap dan tak mantap Aliran mantap (steady flow) jika ariabel aliran (, Q,ρ,p, A dan sebagainya) disebarang titik tidak berubah terhadap waktu V p Q h 0, 0; 0; 0; 0 Steady unsteady V V=/t..dt? V t t Aliran tidak mantap (unsteady flow) terjadi jika ariabel aliran berubah terhadap waktu V p Q h 0, 0; 0; 0; 0 Misal ; aliran banjir disungai, estuari 5. Aliran seragam dan tak seragam Aliran seragam (uniform flow), jika besar dan arah kecepatan dari satu titik ke titik lain tidak berubah sepanjang aliran. Demikian pula dengan ariabel aliran lain; V p Q h 0, 0; 0; 0; 0 h h h= h

4 aliran tak seragam (non-uniform flow), terjadi jika ariabel aliran berubah terhadap jarak V p Q h 0, 0; 0; 0; 0 h h h h Bendungan h h h h Terjunan 6. Aliran -D, -D dan 3-D Aliran satu dimensi, kecepatan di setiap titik pada tampang lintang mempunyai besar dan arah yang sama. -D Aliran dua dimensi (-D), semua partikel dianggap mengalir dalam bidang sepanjang aliran, sehingga tak ada aliran tegak lurus pada bidang tersebut -D

5 Aliran tiga dimensi (3D), komponen kecepatan ditinjau pada koordinat ruang X,Y,Z yaitu u,,w y w u z 7. Aliran rotasional dan Irrotasional Aliran rotasional jika setiap partikel zat cair mempunyai kecepatan sudut terhadap pusat massanya. Aliran rotasional Pada distribusi kecepatan yang tidak merata 8. Percepatan partikel zat cair Aliran irrotasional Pada distribusi kecepatan pada dinding batas Percepatab partikel zat cair = laju perubahan kecepatan dikaibatkan oleh perubahan geometri medan aliran atau perubahan waktu - h konstan aliran mantap h - perubahan kecepatan karena adanya perubahan tampang aliran percepatan koneksi - perubahan kecepatan terhadap waktu (h berubah) percepatan lokal Bila tampang berubah dan h berubah percepatan local (percepatan koneksi + percepatan local) aliran tidak mantap

6 p V+dV dx V= (t,x) o Percepatan partikel selama bergerak d d a dx. dt dt dt V V d. dt. dx substitusikan ke a. dt. dx.. dt d t x a dt dt dt dt a 9. Debit aliran Lintasan gerak partikel Debit aliran (Q) = jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satuan waktu Diukur dalam olume persatuan waktu (m 3 /detik; liter/detik. Dan sebagainya r da Zat cair ideal Zat cair riil A da Tampang aliran arah aliran

7 Q=A.V (m.m/det = m 3 /det) Bila kecepatan aliran pada pias dq = da. =. r. dr Q dq. r. dr. r 0. r. dr praktis = Q =A.V V = kecepatan rerata tampang 0. Persamaan Kontinuitas Volume zat cair yang lewat tiap satuan waktu adalah sama disemua tampang (hokum kontinuitas aliran zat cair) da da Volume zat cair yang masuk tampang tiap satuan waktu: V.dA Volume zat cair yang keluar tampang tiap satuan waktu: V.dA, karena tidak ada zat cair yang hilang pada tampang, maka: V.dA = V.dA Intergrasi pada seluruh tampang aliran V. A V.. A da Q AV. V. A V. A da konstan Disebut sebagai persamaan kontinuitas untuk zat cair incompressible

8 Pada percabangan Q Q A A A3 3 Q33 Persamaan kontinuitas debit yang menuju titik cabang == debit yang meninggalkan titik tersebut Q =Q +Q 3 A V =A V +A 3 V 3 Debit yang menuju titik cabang (+) Debit yang meninggalkan titik cabang (-) Q=0