Definisi dan Sifat Fluida

Transkripsi

1 TKS 4005 HIDROLIKA DASAR / 2 sks Definisi dan Sifat Fluida Ir. Suroso, M.Eng., Dipl.HE Dr. Eng. Alwafi Pujiraharjo Department University of Brawijaya

2 Apakah Fluida itu? Bandingkan antara zat padat dan fluida? Zat padat: dapat melawan gaya geser dengan deformasi. Tegangan sebanding dengan regangan Fluida: terus mengalami deformasi akibat gaya geser. Tegangan sebanding dengan laju regangan Solid Fluid t F A t F A V m h 2

3 Apakah Fluida itu? Free Surface Zat cair mengembang Gas Bandingkan Zat Cair dan Gas Zat Cair: menyesuaikan bentuk tempat sesuai volumenya, gaya kohesif kuat, volume tetap, dan membentuk permukaan bebas karena adanya gaya berat Gas: memenuhi ruangan, gaya kohesif lemah, bebas mengembang, dan tidak dapat membentuk permukaan bebas Gas dan uap sering dipakai sebagai kata padanan 3

4 Fluida Umum Zat cair: air, minyak, air raksa, gasoline, alkohol Gas: udara, helium, hidrogen, uap Batas: jelly, aspal, pasta gigi, cat 4

5 Sifat-sifat Zat Cair Bila ruangan > volume zat cair terbentuk permukaan bebas yang berhubungan dengan atmosfer. Mempunyai rapat massa dan berat jenis Kompresibilitas Rendah Tidak termampatkan (incompressible). Mempunyai viskositas (kekentalan) Mempunyai kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan. 5

6 Sifat-sifat Fluida Rapat Massa (density) Berat Jenis (specific gravity) Kekentalan (viscosity) Kemampatan (compressibility) Sifat yang dominan/memegang peranan pada cairan : Diam : berat jenis Mengalir : kerapatan, viskositas. 6

7 Rapat Massa/Kerapatan (Density), Rapat Massa : massa zat cair tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu. m V dimana: m = massa (kg) V = volume (m 3 ) = rapat massa (kg/m 3 ) 7

8 Specific Volume Specific Volume V s is defined as the volume per unit mass. V 1 V s m 8

9 Berat Jenis (Specific Weight), Berat: W = m g Berat Jenis (Specific Weight) : berat per satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu. W m g g V V 9

10 Specific Gravity Specific Gravity: perbandingan berat zat dengan berat air pada volume dan temperatur yang sama. S. G. w w 10

11 Specific Volume Specific Volume: volume zat cair per satuan berat. Ini kebalikan dari specific weight. Satuan dalam metrik m 3 /kgf, dalam SI m 3 /N. 11

12 Contoh Soal 2.1 If 1 m 3 of oil has a mass of 860 kg, calculate its specific weight, density, and specific gravity. Solution density m V 860 kg / m W m 860 specific weight g N / m V V 1 oil S. G w

13 Contoh Soal 2.2 A container weights 5000 lb when filled with 6 ft 3 of a certain liquid. The empty weight of the container is 500 lb. What is the density of the liquid? Solution: The net weight of the liquid = = 4500 lb W lb / ft V slugs / g ft 3 13

14 Kemampatan Zat Cair (Compressibility) Definisi: perubahan volume karena perubahan tekanan. Kemampatan dinyatakan dalam modulus elastisitas K (bulk modulus of elasticity) K dp dv / V Harga K untuk zat cair sangat besar sehingga perubahan volume karena perubahan tekanan sangat kecil, oleh karena itu perubahan volume diabaikan dan zat cair dinggap tak termampatkan (incompressible) Untuk air tawar K = 2068 MN/m 2. 14

15 Kekentalan (Viscosity) Untuk mendapatkan hubungan kekentalan, ditinjau lapisan fluida antara dua plat sejajar yang sangat luas dengan jarak l Definisi tegangan geser: t = F/A. Menggunakan kondisi tidak-slip, u(0) = 0 dan u(l) = v, profil kecepatan dan gradien adalah u(y)= vy/l dan du/dy=v/l Tegangan geser untuk Newtonian fluid: t = mdu/dy m adalah kekentalan dinamis (dynamic viscosity) dan mempunyai satuan kg/m s, Pa s, atau poise. 15

16 Kekentalan (Viscosity) Gas Vs Liquid 16

17 Hubungan Tegangan Geser-Gradien Kecepatan 17

18 Tegangan Permukaan (Surface Tension) Di bawah permukaan, gaya-gaya bekerja sama dalam semua arah Pada permukaan, beberapa gaya tidak ada, menarik molekul ke bawah dan bersama-sama, seperti membran ditarik pada permukaannya Jika pertemuan (interface) lengkung, tekanan lebih tinggi akan berada pada sisi cekung Kenaikan tekanan diimbangi oleh tegangan permukaan, s s = N/m (@ 20 o C) Interface water air No net force Net force inward 18

19 Kapilaritas Kapilaritas disebabkan oleh gaya kohesi dan adhesi. Jika kohesi lebih kecil dari adhesi maka zat cair akan naik, jika kohesi lebih besar dari adhesi maka zat cair akan turun. Kenaikan atau penurunan kapiler dapat dihitung dengan menyamakan gaya angkat yang dibentuk oleh tegangan permukaan dengan gaya berat. Kenaikan kapiler: h dimana : σ = tegangan permukaan = berat jenis zat cair r = jari-jari tabung 2s cos r 19

20 Efek Kapiler Efek kapiler adalah naik atau turunnya zat cair dalam tabung diameter kecil. Permukaan bebas lengkung dalam tabung disebut meniscus. Sudut kontak, didefinisikan sebagai sudut yang dibuat menyinggung permukaan zat cair dan permukaan tabung pada titik kontak. Air: meniscus melengkung ke atas karena air zat cair yang membasahi/wetting ( < 90,hydrophilic). Air raksa: meniscus melengkung ke bawah karena air raksa tidak membasahi/ nonwetting ( > 90,hydrophobic). 20

21 Kenaikan Air Kapiler Keseimbangan gaya dapat menjelaskan besarnya kenaikan kapiler. 2 W m g V g g R h W F surface s 2 g R h 2 R s cos Sehingga Kenaikan Kapiler: h 2s cos s g R 21