bag 1 bab-1

Download Bag 1 BAB-1

Post on 18-Oct-2015

32 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

hfs

TRANSCRIPT

BAB 1 TEORI DASAR MEKANIKA FLUIDA 1.1. Sifat-sifat Fluida Fluida adalah substansi yang dapat mengalir. Mekanika fluida adalah cabang ilmu rekayasa yang mempelajari masalah gaya dan energi yang dibangkitkan atau dikandu ng oleh fluida dalam keadaan diam maupun bergerak. Fluida dapat digolongkan menjadi 2 (dua) golongan yaitu: -Cairan -Gas/uap Tidak sulit untuk membedakan antara cairan dan gas/uap. Cairan akan mengikuti bentuk dari tempatnya dimana cairan tersebut dituangkan dan cairan tidak mampu u ntuk dimampatkan (inkompresibel). Sedangkan gas/uap akan memenuhi seluruh ruang diman a gas/uap tersebut berada dan gas/uap mampu untuk dimampatkan (kompresibel). Fluida memiliki sifat-sifat antara lain :rapat massa (density), grafitasi spesif ik (specific gravity), berat specific (specifik weight), kompresibilitas (compressi bility), tegangan permukaan (surface tension), kekentalan (viscocity), tekanan uap (vapor pressure), dll. 1.1.1. Rapat Massa Rapat massa suatu fluida didefinisikan sebagai massa per-satuan volume fluida pada tekanan temperatur standar. Satuan dari rapat massa adalah kg/m3 atau lbm/f t3. Rapat massa relatif adalah rapat massa suatu fluida dibandingkan dengan rapat massa ai r. Rapat massa relatif air adalah 1, rapat massa relatif suatu minyak 0,85 berarti rapat massa minyak tersebut sebesar 85% dari rapat massa air. 1.1.2. Berat spesifik Berat spesifik (ditulis: sp.wt) dari suatu fluida didefinisikan sebagai berat fl uida persatuan volume fluida tersebut pada tekanan dan temperatur standar. Satuan dar i sp.wt adalah kgf/m3 (N/m3) atau lbf/ft3.

1.1.3. Grafitasi Spesifik Grafitasi spesifik (ditulis sp.gr) didefinisikan sebagai perbandingan antara ber at spesifik fluida tersebut dengan berat spesifik air. Grafitasi spesifik tidak mem iliki satuan. 1.1.4. Kompresibilitas Kompresibilitas dari suatu fluida didefinisikan sebagai perubahan volme fluida dihubungkan dengan perubahan tekanan. .Volume Kompresibilitas = .Tekanan Gas/uap adalah mudah untuk dimampatkan atau dikembangkan, dengan demikian gas/uap dapat dianggap sebagai fluida mampu-mampat (kompresibel). Sedangkan cair an sulit untuk dimampatkan atau dikembangkan, sehingga cairan dikelompokkan menjadi fluida tak-mampu-mampat (inkompresibel). 1.1.5. Tegangan Permukaan Tegangan permukaan dari suatu fluida adalah kemampuan fluida untuk menahan tegangan tarik akibat kohesi antara molekul-molekul pada permukaan fluida. Semak in besar tegangan permukaan maka makin besar pula kohesinya. 1.1.6. Kekentalan (Viskositas) Kekentalan suatu fluida didefinisikan sebagai kecenderungan fluida untuk menahan aliran. Semakin besar kekentalan fluida, semakin sulit fluida untuk mengalir. Kekentalan fluida akan menurun jika temperaturnya menurun. Untuk memperoleh pengertian yang lebih baik mengenai pernyataan ini, ambil dua buah botol dengan ukuran yang sama dan diisi dengan dua macam cairan yang berbeda. Botol pertama diisi de ngan alkohol dan botol kedua diisi dengan minyak pelumas. Jika kedua botol tersebut d ibalik secara bersamaan, dapat dilihat bahwa botol yang diisi dengan minyak pelumas aka n kosong lebih lambat dari botol yang lain. Hal tersebut berarti minyak pelumas me miliki kekentalan lebih tinggi dibandingkan dengan alkohol. Satuan dari kekentalan abso lut adalah piose: 1poise = Dyne 2 sec m

1 1Cp = 1centipoise = poise 100 Kadang-kadang kita perlu untuk menggunakan bentuk lain dari kekentalan, yang didefinisikan sebagai kekentalan kinematik Kekentalanabsolut Kekentalan kinematik = Rapat massa satuan dari kekentalan kinematik adalah sebagai berikut: 1cm2 1stoke = detik 1 1 Cs = centistoke = stoke 100 1.1.7. Tekanan Uap Tekanan uap dari suatu cairan didefinisikan sebagai tekanandimana cairan akan berubah menjadi uap pada temperatur yang diberikan. Tekanan uap sebagai fungsi d ari temperatur, semakin tinggi temperatur maka tekanan uapnya juga semakin besar. Untuk mengukur tekanan uap, letakkan cairan dalam suatu tangki dan tangki tersebut divakumkan. Kita akan melihat alat pengukur tekanan akan menunjukan 0 P sia dan kita berhenti memvakumkan. Tekanan akan naik lagi dan berhenti pada harga te rtentu, tekanan tersebut adalah tekanan uap dari suatu cairan. Tekanan uap sangat pentin g dalam menentukan tinggi hisap dari suatu pompa. 1.1.8. Tekanan Tekanan didefinisikan sebagai gaya normal persatuan luas: F P = A dimana F adalah gaya (Newton, lbf, kgf, dll) dan A adalah luas penampang (m2, cm 2, in2 dll ). Satuan dari tekanan adalah: 1 bar = 100.000 Pascal (Pa) 1 Pa = 1 Newton/m2 1 Newton = 1/gafitasi x kgf 1 Bar = 1,02 kg/cm2 = 14,7 psi

Tekanan dapat dinyatakan dalam tekanan absolut dan tekanan gage. Jika satuan tekanan adalah psi (lbf/in2) maka tekanan absolut dinyatakan dengan psiadan teka nan gage dinyatakan dengan psig. Hubungan antara tekanan absolut dan tekanan gage adalah: Tekanan absolut = tekanan gage + tekanan atmosfir Pada aplikasi khusus, kadang-kadang tekanan dinyatakan dalam tinggi kolom cairan yang disebut dengan head. Satuan yang dipergunakan untuk head adalah mete r (m) atau feet (ft) dari cairan yang dipergunakan. 1.1.9. Temperatur Temperatur merupakan ukuran secara fisik untuk meggambarkan tingkat kepanasan dan kedinginan dari suatu materi. Terdapat 4 (empat) cara untuk mengukur temperatur: -Menggunakan skala Celius (relatif) -Menggunakan skala Fahrenheit (relatif) -Menggunakan Kelvin (absolut) -Menggunakan Rankine (absolut) 1.2. Satuan dan Dimensi 1.2.1 Satuan dasar Seluruh besaran-besaran fisik dinyatakan dengan dimensi berikut: -Panjang [L] -Massa [M] -Waktu [T] Berdasarkan dimensi diatas, diperkenalkan 4 macam sistem satuan yang dipergunakan diseluruh dunia yaitu: -C.G.S (centimetre, gram, second) -F.P.S (foot, pound, second) -M.K.S (metre, kilogram, second) -Unit SI (sama dengan sistem MKS)

1.2.2 Satuan Turunan Beberapa satuan dapat dinyatakan dengan satuan yang lain (yang diturunkan dari satuan dasar) yang disebut dengan satuan turunan. Beberapa satuan turunan yang s ering dipergunakan: 1.2.2.1. Gaya: Untuk menentukan satuan dari gaya, jangan lupa untuk menggunakan huruf f pada akhir dari suatu untuk membedakannya dari massa. Dalam sistem MKS, satuan d ari gaya adalah : -Kgf -Newton (N) Dalam sistem FPS, satuan dari gaya adalah: -lbf -Kilopound 1.2.2.2. Luas Permukaan Dalam sisitem MKS, satuan dari luas permukaan adalah m2 dan dalam sistem FPS adalah ft2 dan in2. 1.2.2.3. Volume Dalam sisitem MKS, satuan dari luas volume adalah m3 dan dalam sistem FPS satuan dari volume adalah ft3 dan in3. 1.2.2.4. Kecepatan Kecepatan didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh per waktu tempuh (laju perubahan jarak). Dalam sisitem MKS satuan dari kecepatan adalah m/detik, dan da lam sistem FPS satuan dari kecepatan adalah ft/detik.

1.2.2.5. Percepatan Pecepatan adalah laju perubahan kecepatan. Dalam sistem MKS satuan dari percepatan adalah m/detik2, dan dalam sistem FPS satuan dari percepatan adalah f t/detik2. 1.2.2.6. Laju Volume Aliran (Debit) Laju volume aliran (debit) adalah jumlah volume yang mengalir per satuan waktu. Satuan debit (Q) dapat diturunkan dengan menggunakan persamaan berikut: Debit = voume (atau kecepatan luas penampang) waktu Jadi dalam sistem MKS satuan dari percepatan adalah m3/detik. Dan dalam sistem FPS satuan dari percepatan adalah ft3/detik 1.2.2.7. Tekanan Satuan dari tekanan dapat diturunkan dengan menggunakan persamaan berikut: Gaya Tekanan = Luas Jadi dalam sistem MKS satuan dari tekanan adalah N/m2 dan N/cm2, dan dalam sistem FPS satuan dari tekanan adalah lbf/ft2 dan lbf/in2 (psi). 1.2.2.8. Energi Satuan dari energi dapat diturunkan dengan menggunakan persamaan berikut: Energi = gaya perpindahan .. . atau massa kecepatan2 .. . . 2 .

Jadi dalam sisitem MKS satuan dari energi adalah N.m (atau Joule), dan dalam sistem FPS satuan dari percepatan dalah lbf.ft 1.2.2.9. Daya Satuan dari daya dapat diturunkan dengan menggunakan persamaan berikut: Daya = Energi waktu Jadi dalam sistem MKS satuan dari energi adalah: N.m Joule == watt detik detik lbf.ft Dan dalam sistem FPS satuan dari energi adalah: detik 1.3. Hidrostatik 1.3.1. Definisi Pada bagian ini akan dibahas mengenai tekanan yang bekerja pada suatu permukaan atau pada suatu titik yang berada didalam cairan. Perkataan hidrostatik berarti studi tekanan yang diakibatkan oleh cairan dalam keadaan diam (statik). 1.3.2. Tekanan Hidrostatik Tekanan hidrostatik adalah tekanan yang bekerja pada setiap titik didalam cairan akibat berat cairan yang berada diatas titik tersebut. Tinjau suatu permukaan mendatar yang berada didalam suatu cairan, seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 1.1. Permukaan datar didalam cairan Dimana: w = Berat spesifik (sp.wt) cairan A = Luas penampang yang terendam cairan H = Kedalaman permukaan horisontal Berat cairan yang berada diatas permukaan yang terendam dalam cairan = FW FW = Volume cairan diatas permukaan x sp.wt = A x h x w Dari persamaan: F P = A Dimana F = gaya, A= luas penampang, P = tekanan Tekanan hidrostatik yang bekerja pada setiap titik pada permukaan horisontal adalah:

Fw P = A A h w = A = h . w Hal tersebut berarti bahwa tekanan hidrostatik hanya bergantung pada berat spesi fik dan kedalaman suatu titik dari permukaan cairan. Percobaan bahwa tekanan hidrostatik bekerja kesegala arah pada suatu titik dalam cairan. Prinsip ini akan dibahas lebih mendalam pada pembahasan gaya apung. 1.4. Head Head adalah tekanan hidrostatik dari cairan tertentu (sp.wt tertentu) yang dinyatakan dengan tinggi dari titik acuan ke permukaan cairan. Oleh karena itu t ekanan dapat dinyatakan dengan head. Contoh: Lihat gambar berikut: Gambar 1.2. Tinggi kolom cairan (head) Head = 5 N/cm2 = 500(N/dm2) = 500 dm (50 cm) 1 N/dm3 1 N/dm3

1.5. Gaya Apung Fluida cenderung untuk mengangkat benda-benda yang tercelup kedalamnya karena dorongan dari fluida yang mengarah keatas, yang dikenal dengan gaya apung . Hal tersebut diakibatkan oleh tekanan hidrostatik yang bekerja pada benda-benda dala