Mekanika Fluida 1. (Courtesy of Dr. Yogi Wibisono)

Transkripsi

1 Mekanika Fluida (Coutesy of D. Yogi Wibisono)

2

3 Manomete U: Dasa teoi a dan b daat sebagai tekanan fluida, atau a daat sebagai tekanan fluid dan b tekanan atmosfe Caian A dan B tak becamu a Z R b Fluida B B Fluida A A 3

4 Manomete U: Pesamaan R g g R g Z g R Z b a b a a b b b a Z R a b Fluida B B Fluida A A

5 Manomete U: Soal Sebuah manomete U digunakan untuk menguku tuun tekan suatu alat enguku alian. Fluida yang lebih beat adalah ai aksa ( m = 3,6 g/cm 3 ), sedangkan fluida di atasnya adalah ai ( a = g/cm 3 ). Beda tinggi emukaan ai aksa adalah 3 cm. Hitung beda tekan dalam N/m, atm, si! a - b = 3,950 4 N/m = 0,39 atm = 5,73 si 5

6 Pengukuan tekanan bejana atm Manomete U-tube digunakan untuk menguku tekanan a di dalam bejana yang mengandung caian dengan densitas A. Tentukan tekanan mutlak dan gauge bejana. Fluida A A a h h Fluida B B a = atm + B gh A gh 6

7 7

8 Dasa teoi Pianti yang sensitif. Pesamaan []: A dan a masing-masing adalah luas emukaan esevoi besa dan kecil. R o = bacaan ketika a = b. Pesamaan []: a/a biasanya diabaikan. R o = biasanya ditetakan nol.. R R a. R g a b b a o b a A b a A b a A c g TK-05/YWB/006 8 c b R a B

9 Dasa teoi: You oinion? Kaan manomete ia U dua fluida (two-fluid U tube) digunakan? Bagaimana nilai R jika a dan b memunyai haga yang hami sama? Jawab: Untuk menguku beda tekan yang sangat kecil. R benilai sangat besa. TK-05/YWB/006 9

10 0

11 Pendahuluan Pengukuan dan engendalian jumlah mateial yang masuk dan kelua dai ealatan oses sangat enting. Pealatan yang umum digunakan adalah itot tube, ventui mete, oifice mete, dan oen-channel weis.

12 Pitot tube Pitot tube: menguku keceatan lokal ada suatu titik tetentu dalam alian dan bukan meuakan keceatan ata-ata dalam ia atau saluan. Salah satu tube yaitu imact tube bukaannya tegak luus dengan aah alian dan bukaan static tube sejaja dengan aah alian.

13 Pitot tube: dasa keja Fluida mengali melalui bukaan, tekanan mulai naik hingga mencaai suatu haga konstan yang teus dietahankan ada titik ini, disebut titik stagnan. Pebedaan tekanan stagnan ada titik dan tekaan stagnan yang diuku oleh static tube menunjukkan kenaikan tekanan yang dihubungkan dengan enuunan keceatan fluida. Manomete menguku kenaikan tekanan yang kecil ini. Jika fluida beua fluida incomessible, daat dituunkan esamaan Benoulli antaa titik (dimana keceatan v tak tedistibusi sebelum fluida mengalami enuunan keceatan) dan titik (dimana keceatan v = 0)... s t a t i c t u b e.. h h A I m a c t t u b e 3

14 Pitot tube: esamaan v v C v 0 v gh m v = keceatan ada titik = tekanan stagnan = densitas fluida ada tekanan statik C = koefisien tak bedimensi yang meuakan kostanta (0,98 ). Untuk emakaian yang akuat, koefisien C ditentukan dengan kalibasi itot tube. Pesamaan ini digunakan untuk fluida incomessible, namun daat digunakan untuk memekiakan alian gas ada keceatan sedang dan eubahan tekanan 0 % dai tekanan total. Untuk gas, eubahan tekanan biasanya endah, oleh kaena itu engukuan keceatan yang akuat sulit dilakukan.` 4

15 Soal latihan Sebuah itot tube digunakan untuk menguku alian udaa dalam embuluh sikula yang bediamete 60 mm. Temeatu alian udaa adalah 65,6 o C. Sebuah itot tube diletakkan di usat embuluh dan embacaan manomete menunjukkan angka 0,77 mm ai. Pengukuan tekanan statik dieoleh ada osisi itot tube 05 mm ai diatas atmosfe. Koefisisen C = 0,98. Hitung keceatan ada bagian tengah embuluh. 5

16 Jawab: Pada 65,6 o C sifat fisik udaa: m =,03x0-5 Pa.s; =,043 kg/m 3. Untuk menghitung tekanan statik absolut, embacaan manomete h = 0,05 m ai mengindikasikan tekanan di atas atm absolut. ai = 000 kg/m 3, dan asumsikan udaa =,043 kg/m 3. Pengukuan tekanan statik absolut, yaitu ada h = 0,05 m P = (000-,043) x 9,8 x 0,05 P = 008 Pa Tekanan statik absolut =,035x =,0333x0 5 Pa Koeksi densitas udaa: Pada =,035x0 5, =,043 Pada =,0333x0 5, =,063 = (negligible) 6

17 Jawab: Pengukuan beda tekan itot tube, yaitu ada h = 0,007 m. Keceatan maksimum: Bilangan Reynolds: v av /v max = 0,85 (Fig.0- Geankolis) v av =,70 m/s Debit: v max gh 000 A N 04,8 Pa 0,98 x04,8,063 0,6 3,76,063, ,007 3,76 m/s 5 Re 4,330 5,030 3 Q 0,6,70 3,3m / s 4 7

18 Ventui mete Ventui mete: diselikan langsung ke dalam ia. Manomete: dihubungkan dengan dua essue ta yang menguku beda tekan - antaa titik dan. Keceatan ata-ata ada titik yang bediamete D adalah v, dan ada titik yang bediamete D adalah v. Kaena enyemitan dai D ke D dan eksansi dai D kembali ke D, maka tejadi sedikit kehilangan enegi... 8

19 Ventui mete: esamaan Asumsi: fiksi diabaikan, ia hoisontal, alian tubulen. Pesamaan kontinyuitas Untuk menghitung ugi gesek yang kecil diekenalkan C v : Untuk N Re > 0 4 ada titik, C v kiakia benilai 0,98 untuk ia dengan diamete < 0, m dan 0,99 untuk ia dengan diamete lebih besa. Bagaimanaun juga, C v bevaiasi dan dielukan kalibasi sendii jika tidak tesedia kalibasi dai odusen D D C v D D v v D v D v v v 9

20 Ventui mete: esamaan Laju ali volumetik titik : Untuk engukuan alian gas komesibel, eksansi adiabatik dai ke haus dimasukkan ke dalam esamaan. Pesamaan dan koefisien yang digunakan sama, dengan enambahan fakto koeksi eksansi tak bedimensi Y: Q m D 4 C v v A Y D D 4 0

21 Beda tekan - tejadi kaena tejadi eningkatan tekanan dai v ke v (akhinya kembali ke v ). Kaena adanya fiction loss, beda tekan - tidak diecovey seenuhnya. Pada desain ventui mete yang teat, fiction loss yang tejadi benilai sekita 0% dai beda tekan. Hal ini menggambakan jumlah enegi yang hilang. Ventui mete seing digunakan untuk menguku alian besa, misalnya ada sistem eaian kota.

22 Oifice mete Kelemahan ventui mete: membutuhkan temat yang luas, mahal, dan diamete keongkongannya tetentu, sehingga jika laju ali sangat beubah, engukuan beda tekannya tidak akuat. Oifice mete mamu mengatasi masalah-masalah tesebut, namun kehilangan eneginya besa. Sha-edged oifice: suatu iingan dilubangi dengan diamete D o ditemelkan diantaa dua flange dalam ia bediamete D. Posisi ta sekita diamete ia di hulu dan 0,3-0,8 diamete ia di hili. Fluida mengali membentuk vena contacta atau alian ancaan bebas. 0...

23 Oifice mete: esamaan 4 4 D D A Y C m D D C v o o o o o o C o = koefisien tak bedimensi oifice. Pada N Re,oifice > dan D o /D < 0,5; Co 0,6. N Re,oifice < 0.000, C o naik tajam dan kemudian tuun. 3

24 Hilang enegi ada oifice jauh lebih besa daiada ventui kaena tebentukya eddy ketika ancaan meluas di bawah vena contacta. Kehilangan ini begantung ada D o /D : Q loss 73% ( - ) jika D o /D = 0,50 Q loss 56% ( - ) jika D o /D = 0,65 Q loss 38% ( - ) jika D o /D = 0,80 4

25 Oen-channel weis Dalam banyak hal di teknik oses dan etanian, caian mengali dalam kanal tebuka. Untuk menguku laju ali, digunakan oen-channel wei. Wei adalah sebuah dam temat fluida mengali. Bentuk umum adalah segiemat dan segitiga (tamak dean) 5

26 Oen-channel weis Caian mengali melewati wei Ketinggian h o (wei head) diuku di atas landasan data. Head tsb. Diuku ada jaak 3h o di bagian hulu dengan sebuah level atau float gage 6

27 Oen-channel weis: esamaan Laju ali untuk tie segiemat: Q 0,4,5 L 0, h h g o o Laju ali untuk tie segietiga:,5 0,3ho Q g tan L = leba wei h o = wei head 7

28 Oen-channel weis 8

29 9