HIDRODINAMIKA & APLIKASINYA

Transkripsi

1 HIDRODINAMIKA & APLIKASINYA Oleh: Tito Hadji Aun S, ST, MT Ir Sudarja, MT, PhD (Candidate) Matrikulasi Jurusan Teknik Mesin Uniersitas Muhammadiyah Yoyakarta 017

2 Mekanika Fluida Fluida : Zat Alir (zat yan dapat menalir) Meliputi : Zat Gas & Zat Cair Mekanika Fluida membahas tentan aspek eneri & perubahan eneri dari suatu : 1 Fluida yan Diam (Hidrostatik) Fluida yan Menalir (Hidrodinamik)

3 Hidrostatik Hukum Tekanan Hidrostatik Pada suatu fluida yan diam, tekanan pada suatu titik dalam satu bidan horisontal & fluida yan sama adalah sama besar P z P = Tekanan [ Pa] = Densitas [ m3/k ] = Percepatan raitasi bumi = 9,81 m/s ] z = Kedalaman [ m ]

4 Sifat-Sifat Fluida 1Massa Jenis = Densitas (Density, ) Massa Volume m V Berat Jenis (Specific Weiht, ) Berat Volume m V 3 Graitasi Jenis (Specific Graity, SG) 1Viskositas Dinamik (m) 5 Viskositas Kinematik (n) m

5 Nilai Densitas (r) dan Viskositas (m, n) Beberapa Fluida Viskositas Dinamik (m) = Kekentalan Ukuran tahanan fluida terhadap deformasi

6 Nilai Berat Jenis () Beberapa Fluida

7 Penolonan Tekanan

8 Penolonan Tekanan Berdasarkan Tekanan Atmosfer setempat, tekanan dpt diolonkan menjadi : 1 Tekanan Absolut / Mutlak Tekanan Vakum (Vacuum) 3 Tekanan Gaue Jika P < Patm : Jika P < Patm :

9 1 Baian atas dari suatu tanki air dibai menjadi kompartemen seperti ditunjukkan di bawah Selanjutnya suatu fluida denan suatu densitas yan tidak diketahui dituankan ke dalam satu sisi dan leel air naik di sisi yan lain Berdasarkan ketinian fluida akhir seperti ditunjukkan pada ambar, tentukan densitas fluida yan ditambahkan Asumsikan cairan tidak bercampur denan air

10 Suatu container multi fluida dihubunkan denan U-tube, seperti ditunjukkan ambar di bawah Untuk suatu raitasi jenis dan tini kolom fluida yan diberikan, tentukan tekanan aue pada titik A Jua tentukan ketinian kolom merkuri yan membuat tekanan yan sama pada titik A Answers: 0471 kpa, 0353 cm

11 3 Tekanan aue udara di dalam tanki seperti ditunjukkan dalam ambar di bawah, diukur sebesar 80 kpa Tentukan beda tini h dari kolom merkuri manometer 4 Ulani lai soal nomor 3 untuk tekanan ae sebesar 40 kpa

12 5 Air di dalam suatu tanki diberi tekanan denan udara dan tekanan diukur denan suatu manometer multi fluida seperti yan ditunjukkan pada ambar di bawah Tentukan tekanan aue dari udara di dalam tanki jika h1 = 0 m, h = 03 m, dan h3 = 046 m Gunakan nilai densitas air, oli, dan merkuri berturut-turut adalah 1000 k/m3, 850 k/m3, dan k/m3

13 Hidrodinamika Hidrodinamika membahas tentan eneri atau perubahan eneri dari suatu fluida yan menalir Analisis Hidrodinamika menunakan hukum-hukum dasar dalam mekanika, yaitu : 1 Hukum Kekekalan Massa Hukum Kekekalan Eneri Hukum Kekekalan Massa pada Kondisi Aliran Tunak dalam suatu Pipa akan menhasilkan Persamaan Kontinuitas Hukum Kekekalan Eneri pada Kondisi Aliran Tunak dalam suatu Pipa akan menhasilkan Persamaan Bernoulli

14 Hukum Kekekalan Massa Hukum Kekekalan Massa pada Kondisi Aliran Tunak dalam suatu Pipa akan menhasilkan Persamaan Kontinuitas A m Untuk fluida fasa cair tidak terjadi perubahan densitas sehina : A A m1 m A A 1 1 D 4 A

15 Hukum Kekekalan Eneri Di Suatu Pipa (pada Kondisi Tunak)

16 OUT E IN E OUT K P IN K P V P U E E V P U E E Hukum Kekekalan Eneri Di Suatu Pipa (pada Kondisi Tunak) 1 P u 1 z m P u 1 z m Head Total P 1 z P 1 z 1 Keteranan : - Laju aliran massa sama sh dapat dicoret - Suhu pada titik 1 dan tidak berubah sh nilai u1 = u

17 Jika ada esekan pada aliran, maka : H H 1 Head Loss Keteranan : - Head Loss rui-rui aliran Head Loss ada macam : - Head Loss Mayor - Head Loss Minor

18 Persamaan Bernoulli : z P z P Head Tekanan P Head Kecepatan Ketinian Head z Persamaan Bernoulli yan dimodifikasi: Head Loss z P z P

19 Head Loss (Rui Gesek Aliran) ada macam : 1 Head Loss Mayor pada pipa lurus Head Loss Minor selain pipa lurus misal : fittin, katup, dsb Head Loss Mayor : h L, mayor f L D Head Loss Minor ada cara penentuan : h L, mimor K h L, mimor f Le D

20 f koefisien esekan funsi dari : - bilanan Reynolds (Re) & - rasio kekasaran dindin pipa (e/d) (lihat Diaram Moody) K koefisien tahanan terantun dari jenis fittin Le panjan ekuialen menandaikan penurunan tekanan pada fittin seperti penurunan pada pipa lurus denan panjan tertentu ( panjan ekuialen) lihat Nomoram

21 Bilanan Reynolds Bilanan Reynold (Re) aliran fluida fasa cair Bilanan tak berdimensi yan menatur rejim Re m D Laminer : Re < 300 Transisi : 300 Re 4000 Turbulen : Re < 4000

22 Diaram Moody

23 Persamaan Faktor Gesekan Darcy-Weisbach

24 Anka Kekasaran (Rouhness, ε) (Sumber: Lamont (1981), Moody (1944) and Mays (1999) No Material Anka Kekerasan (ε) Copper, Brass Wrauht iron, Steel Asphalt-lined cast iron Galanized iron Cast iron Concrete Uncoated cast iron Coated cast iron Coated spun iron Cement Wrouht iron Uncoated steel Coated steel Wood stae PVC (ft) 1x10-4 3x10-3 1,5x10-4 8x10-3 4x x10-3 3,3x10-4 1,5x10-8x10-4 1,8x ,4x10-4 3,3x10-4 1,8x10-4 1,3x10-3 4x10-3 1,7x10-4 9,x10-5 1,8x10-4 6x10-4 3x10-3 5x10-6 (mm) 3,05x10-0,9 4,6x10-,4 0,1,1 0,10 4,6 0, 5,5 0,3 3,0 0,6 0,10 5,6x10-0,4 1,5 5x10-,8x10-5,510-0, 0,9 1,5x10-3

25 Koefisien Tahanan Pada Ujun Masuk Pipa (i) (ii) (iii) (i) () (i) Gambar 36 Berbaai Bentuk Ujun Masuk Pipa (i) K = 0,5 (ii) K = 0,5 (iii) K = 0,06 (untuk r kecil) sampai 0,005 (untuk r besar)

26 Koefisien Tahanan (K) pada Belokan Lenkun K Persamaan Fuller : 3,5 D 0,1311,847 R 90 0,5 Keteranan : Nilai f di buku Sularso sama denan nilai K (koefisien tahanan)

27 Koefisien Tahanan (K) pada Pembesaran Penampan Gradual 1 h f K

28 Tabel Pipa

29

30 Soal Latihan 1 Suatu Pipa Baja horisontal sepanjan 100 meter denan NPS 4 Sch 40 menyalurkan air denan laju aliran sebesar 5 liter / detik Viskositas dinamik air 0,01 Poise (Keteranan : 1 Poise = 0,1 Ns/m) Tentukan : a Head loss dan b Penurunan tekanan yan terjadi pada pipa

31 SOAL UJIAN AKHIR SEMESTER GASAL TAHUN : (45%) 1 Suatu pipa parallel denan diameter 50 mm dan 100 mm yan masin-masin panjannya 100 m menhubunkan reseroar yan mempunyai eleasi 130 m dan 100 m Jika koefisien esekan untuk ke- pipa sebesar 0,0185 Denan menabaikan semua rui-rui minor, tentukan : a Laju aliran air untuk tiap pipa b Jika ke- pipa dianti denan sebuah pipa tunal, tentukan diameter pipa tunal tersebut

32 SOAL UJIAN AKHIR SEMESTER GASAL TAHUN : (55%) Tia buah reseroar dihubunkan seperti ambar di bawah Eleasi reseroar A 104,5 m dan reseroar B 100 m dari suatu datum (referensi) Tiap reseroar dihubunkan ke suatu joint (titik D) denan masin-masin sebuah pipa Tekanan titik D sebesar 98,1 kpa (aue) dan mempunyai eleasi 83,5 m dari datum Koefisien esekan untuk semua pipa sama sebesar 0,0135 Pipa AD : Diameter AD (DAD) : 0,3 m Panjan AD (LAD) : 40 m Pipa BD : Diameter BD (DBD) : 0,4 m Panjan BD (LBD) : 70 m Pipa CD : Diameter CD (DCD) : 0,6 m Panjan CD (LCD) : 300 m Tentukan eleasi permukaan Air di reseroar C! Z = 90,84 m

33 SOAL UJIAN REMEDI SEMESTER GASAL TAHUN : (50%) Dua pipa denan diameter 75 mm & 15 mm serta panjan pipa tiap pipa sebesar 15 m dihubunkan secara paralel antara reseroar yan memiliki beda eleasi muka air sebesar 5 m Jika faktor esekan kedua pipa sebesar f = 0,04 & denan menabaikan rui-rui minor, tentukan : a Debit aliran tiap pipa b Jika pipa awal dianti denan sebuah pipa baru yan panjannya sama sebesar 15 m & nilai f jua sama (f = 0,04), tentukan diameter pipa tunal tersebut y dapat menalirkan debit y sama denan debit total kedua pipa sebelumnya

34 DEMO PIPEFLOW EXPERT