MATERI KULIAH MEKANIKA FLUIDA

Transkripsi

1 MEKANIKA FLUIDA

2

3 MATERI KULIAH MEKANIKA FLUIDA I. PENDAHULUAN > Sejarah singkat ilmu Hidrolika (Mekanika Fluida), Pengertian dan sifat-sifat flluida > Dimensi dan sistem satuan yang digunakan & konversi sistem satuan II. SIFAT-SIFAT ZAT CAIR > Yang membedakan zat cair dan gas atau persamaannya > Beberapa sifat zat cair yang penting r, γ, S, kekentalan ν III. HIDROSTATIKA > Zat cair diam, tekanan dan distribusi tekanan > Tekanan atmosfer, tekanan relatif & absolut > Alat ukur tekanan > Tekanan pada bidang terendam IV. KESEIMBANGAN BENDA TERAPUNG > Hukum Archimedes > Stabilitas benda terendam/terapung > Metasentrum V. ZAT CAIR DALAM KESETIMBANGAN RELATIF > Zat cair yang bergerak dengan kecepatan/percepatan seragam blok > Pengaruh percepatan terhadap distribusi tekanan

4 VI. KINEMATIKA ZAT CAIR > Mempelajari gerakan zat cair (partikel zat cair) tanpa melihat gaya-gaya > Aliran invisibel dan viskos, aliran kompresibel & tak kompresibel, aliran laminer & turbulen, dll > Persamaan kontinuitas VII. PERSAMAAN BERNOULI > Mempelajari gerakan zat cair dengan memperhatikan gaya-gaya yang bekerja > Kehilangan energi (zat cair riil) > Alat pengukur kecepatan VIII. PERSAMAAN MOMENTUM > Gaya yang ditimbulkan gerakan zat cair > Belokan, curat, dll. XI. ALIRAN MELALUI LOBANG & PELUAP > Koefisien aliran > Pengosongan tangki, aliran dari satu ke tangki yang lain > Peluap sebagai alat ukur debit

5 Mekanika fluida BUKU PEGANGAN 1. Bambang Triatmodjo, 1993, Hidrolika I, Beta Offset, Yogyakarta 2. Graf, W.H & Altinakar, M.S., 1991, Hydrodynamique, Eyrolles, France 3. Streeter, V.L., 1982, Fluida Mechanics, Mc Grawhill, New york 4. dll

6 Mekanika fluida SISTEM PENILAIAN 35 % UTS 35 % UAS 30 % TUGAS/KUIS MINIMAL 75 % KEHADIRAN

7 Sejarah mekanika fluida (cont.) Hidrodinamika teoritis + hidrolika eksperimental dipadukan Mekanika Fluida William Froude, Lord Rayleigh, Osborn Reynolds, Navier-Stokes, Ludwig Prandtl, Theodore von Karman, dll Prandtl : aliran fluida yg kekentalannya rendah, seperti aliran air atau aliran udara dpt dipilah menjadi suatu lap.kental (lap.batas) di dekat permukaan zat padat dan antar muka dan lap.luar yg hampir encer yg memenuhi pers Euler dan Bernoulli.

8

9 Ilmu hidrolika/mekanika fluida AIR/ZAT CAIR DIAM (HIDROSTATIKA) BERGERAK (HIDRODINAMIKA) 3 PERSAMAAN 1. HIDRODINAMIKA Z.C. IDEAL/NON VISCOUS/ INVISCID 2. HIDRODINAMIKA Z.C. NYATA/VISCOUS 3. HIDRODINAMIKA LAPISAN BATAS

10

11 CONTOH : DISTRIBUSI KECEPATAN 1 U ZAT CAIR IDEAL TIDAK ADA DI ALAM UNTUK MEMPERMUDAH ANALISIS PERILAKU ZAT CAIR VISKOSITAS = 0 2 U VISKOSITAS 0

12 3 U VISK 0

13 Perkembangan kebutuhan/tuntutan perkembangan ilmu-ilmu terapan yang lebih spesifik 1. Hidrologi Terapan > aplikasi dasar 2 hidrologi; estimasi banjir rancangan, hidro meteorologi, hidrologi perkotaan dll 2. Teknik Irigasi & Drainasi > perencanaan sistem irigasi, bangunan 2 irigasi, sistim drainasi 3. Teknik Transportasi Air > perencanaan pelabuhan, saluran-saluran pelayaran 4. Bangunan Tenaga Air > pengembangan PLTA, turbin, waduk 5. Pengendalian Banjir & Sedimen > bangunan pengendali banjir (sedimen)

14 6. Teknik Bendungan > perencanaan bendungan/waduk 7. Teknik Jaringan Pipa > pengangkutan/pengaliran air, minyak, gas dan fluida lainnya 8. Teknik Pantai > perencanaan bangunan2 pelabuhan/pantai utk pengendalian erosi, pemecah gelombang 9. Teknik Sumber Daya > sistem (manajemen operasi) waduk 10. dll

15 Sejarah ilmu hidraulika & mekflu Masa Prasejarah : perahu layar+dayung, sistem pengairan Archimedes (gaya apung) Isaac Newton : hk.gerak, hk. Kekentalan u/ fluida linier Dll... Ilmu matematika untuk mekanika fluida Hidrodinamika teoritis Euler - Bernoulli, Clairaut dan D Alembert, Lagrange, Laplace, Gerstner Asumsi fluida sempurna Hidrolika eksperimen (Abad 18 dan 19) Pitot, Chezy, Frenchman Poiseuille, Manning, Bazin, Frenchman Darcy, Saxon Weisbach Aliran saluran terbuka, hambatan kapal, aliran melalui pipa, gelombang, turbin Penerapannya sangat terbatas dan kebanyakan aliran di bid.teknik sgt dipengaruhi oleh efek kekentalan.

16 DIMENSI & SATUAN Dimensi : suatu besaran fisik yg menunjukkan suatu obyek Satuan : suatu standar untuk mengukur dimensi Contoh DIMENSI SATUAN Panjang Waktu Massa Temperatur meter (m) detik (dt) kilogram (kg) Derajat ( o ): C, K, F

17 Sistem SATUAN SI (Universitas 2 ) - Massa : kg - Percepatan: m/dt 2 - Gaya : N HK Newton II F = M. a m N =kg 2 d 1 N massa yang mengalami percepatan sebesar 1 m/dt 2 gaya 1 N MKS (Praktek, sehari-hari) - Massa : kgm - Percepatan: m/dt 2 - Gaya : kgf (berat) W = g. M Kgf = g. kgm 1 kgf massa yang mengalami percepatan sebesar 9,81 m/dt 2 gaya (berat)1 kgf

18 Gaya / berat dalam satuan MKS kgf ( kg force) kgm( kg massa)* g( percep. gravitasi) g bumi kgf kgm m 9,81 2 s 9,81 / 2 m s kgm 2 1 s kgf 9,81 m (1) Konversi dari N kgf (SI-MKS) satuan massa satuan SI ( kg); satuan MKS( kgm); kg kgm satuan gaya satuan SI( N); satuan MKS( kgf ); N ( faktor konversi)* kgf Gaya dalam satuan SI F( gaya, N) m( massa, kg)* a( percep. gravitasi) m N kg (2) s 2 x 9,81 subtitusi pers.(1) ke pers.(2) 2 1 s m N kgf. 2 9,81 m s 1 N kgf atau kgf 9,81N 9,81 9,81

19 Konversi Sistem MKS ke SI DIMENSI SATUAN KONVERSI Besaran Simbol MKS SI Panjang L m m Massa M kgm kg Waktu T dt dt Gaya F kgf N g = 9,81 Luas A m 2 m 2 Volume V m 3 m 3 Kecepatan V m/dt m/dt Percepatan a m/dt 2 m/dt 2 Debit Q m 3 /dt m 3 /dt Kec. Sudut w rad/dt rad/dt

20 DIMENSI SATUAN Besaran Simbol MKS SI KONVERSI Gravitasi g m/dt 2 m/dt 2 Kekentalan Dinamik Kekentalan Kinematik Rapat Massa Berat Jenis µ Poise Ndt/m n Stokes m 2 /dt 10-4 r kgm/m3 kgm/m3 g kgf/m3 N/m3 g = 9,81 Tekanan p kgf/m2 N/m 2 (Pascal) g = 9,81 Daya P kgf.m/dt W (Joule/dt) g = 9,81 Kerja, Energi W kgfm Nm (Joule) g = 9,81

21 Daya : 1 daya kuda (horse power) = 0,746 W Tekanan : 1 bar : 10 5 Pa (Pascal) Kekentalan dinamik : 1 Poise : 10-1 Pa detik Kekentalan Kinematik : 1 Stokes = 10-4 m 2 /dt

22 Contoh Soal Persamaan Bernoulli untuk zc ideal dapat di tulis sebagai berikut: Dimana p= tekanan; γ: berat jenis; z: elevasi; V: kecepatan rata-rata; g: gravitasi Uraikan masing-masing perbagian dari persamaan tersebut, dengan pernyataan bahwa semua persamaan tersebut di atas konstan

23 No Besaran Simbol MKS SI Nilai Satuan Nilai Satuan 1 Panjang L m m 2 Massa M kgm kg 3 Waktu T d (s) s 4 Gaya F kgf N Isikan besaran MKS sesuai dengan NIM KONVERSIKAN ke SI 5 Luas A m 2 m 2 6 Volume V m 3 m 3 7 Kecepatan V m/s m/s 8 Percepatan a m/s 2 m/s 2 9 Debit Q m 3 /s m 3 /s 10 Kecepatan sudut ω rad/s rad/s 11 Gravitasi g m/s 2 m/s 2 12 Kekentalan dinamis μ poise N s/m 2 13 Kekentalan Kinematik ν stokes m 2 /s 14 Rapat Massa ρ kgm/m 3 kg/m3 15 Berat jenis γ kgf/m 3 N/m 3 16 Tekanan p kgf/m 2 N/m2 Pascal 17 Daya P kgf m/d W Joule/s 18 Kerja energi W kgf m N.m Joule