definisi dan sifat mekanika fluida

76
DEFINISI DAN SIFAT-SIFAT FLUIDA Mekanika fluida dan hidrolika adalah bagian dari mekanika terpakai (Applied Mechanics) yang merupakan salah satu cabang ilmu pengetahuan dasar bagi teknik sipil. Mekanika fluida dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-sifat dan hukum-hukum yang berlaku serta perilaku fluida (cairan dan gas), adapun Hidrolika didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-sifat dan hukum-hukum yang berlaku, serta perilaku cairan

Upload: cancoute

Post on 14-Jun-2015

3.103 views

Category:

Documents


15 download

TRANSCRIPT

Page 1: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

DEFINISI DAN SIFAT-SIFAT FLUIDAMekanika fluida dan hidrolika adalah bagian darimekanikaterpakai(Applied Mechanics) yangmerupakan salah satu cabang ilmu pengetahuan dasarbagi teknik sipil. Mekanika fluida dapat didefinisikansebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-sifatdan hukum-hukum yang berlaku serta perilaku fluida(cairan dan gas), adapun Hidrolika didefinisikan sebagaiilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-sifat danhukum-hukum yang berlaku, serta perilaku cairanterutama air baik dalam keadaan diam maupun bergerakatau mengalir.

Page 2Mekanika Fluida - TEP 201

Page 2: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

2

Didalam kuliah ini diuraikan secara singkat prinsip-prinsipdasar dan contoh-contoh soal serta jawabannya yang meliputihidrostatika dan hirodinamika dalam lingkup teknik pertanian.Hidrolika mempelajari gaya-gaya yang bekerja pada bendayang berada dalam cairan dalam keadaan diam, keseimbangangaya-gaya yang mengapung dan melayang dalam cairan, sertakeseimbangan relatif.Sedangkan hidrodinamika mempelajari cairan dalamkeadaan bergerak atau mengalir dalam dimensi waktu (t) dantiga dimensi tempat (x,y,z). Namun di dalam modul MekanikaFluida ini pembahasan terbatas pada aliran tetap (tidakberubah menurut waktu) satu dimensi (hanya berubah di arahaliran) saja.

Page 3Mekanika Fluida - TEP 2013

Page 3: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

FLUIDA ADALAH SUATU ZAT YANG MEMPUNYAIKEMAMPUAN BER-UBAH SECARA KONTINYUAPABILA MENGALAMI GESERAN, ATAU MEMPUNYAIREAKSI TERHADAP TEGANGAN GESER SEKECILAPAPUN.DALAM KEADAAN DIAM ATAU DALAM KEADAANKESEIMBANGAN, FLUIDA TIDAK MAMPUMENAHAN GAYA GESER YANG BEKERJA PADANYA,DAN OLEH SEBAB ITU FLUIDA MUDAH BERUBAHBENTUK TANPA PEMISAHAN MASSA.

Page 4Mekanika Fluida - TEP 2014

(1).GAS :Tidak mempunyai permukaan bebas, danmassanya selalu berkembang mengisiseluruh volume ruangan, serta dapatdimampatkan.(2).CAIRAN : mempunyai permukaan bebas, dan massanya

Page 4: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

akan mengisi ruangan sesuai dengan volumenya,serta tidak termampatkan.

Page 5Mekanika Fluida - TEP 2015

A. DIMENSI: adalahbesaranterukurmewujudkankarakteristik suatu obyek.1. Massa ( m ).2. Panjang ( L ).3. Waktu ( t ).B. SATUAN : adalah suatu standar yang mengukur dimensi,yang penggunaannya harus konsisten menurut sistemsatuan yang digunakan.

Page 6Mekanika Fluida - TEP 2016

- Satuan Massa (kg)- Satuan Panjang (m)- Satuan Waktu (t)- Satuan Gaya (Newton disingkat N)- Volume (m3)- Kecepatan (m/det)

Page 5: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

- Percepatan (m/det2)- Kerja (Joule disingkat J)- Tekanan (N/m2) atau Pascal (P)

Page 7Mekanika Fluida - TEP 2017

Satuan untuk gaya yang bekerja, di dalam Sistem iniditurunkan dari hukum Newton II yaitu :dimana :F = gaya dalam Newton (N)m = massa dalam kilogram (kg)a = percepatan dalam m/det2

(1.1)atau :Suatu gaya sebesar 1 N (Newton) mempercepat suatumassa sebesar 1 kg (kilogram) pada harga percepatansebesar 1 m/det2.Dalam hal ini :22

det/1det/1

Page 6: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

11mkgmkgN=´=(1.2)

amF.=

Page 8Mekanika Fluida - TEP 2018

Selain sistem Satuan Internasional (SI) di Indonesia masihbanyak yang menggunakan sistem satuan MKS, dimana di

Page 7: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

dalam sistem ini kilogram (kg) digunakan sebagai satuan beratatau gaya. Dalam hal ini satuan massa adalah kilogram massa(kg m), sehingga Pers (1.2) menjadi terbentuk :dimana :G= gaya berat dalam kilogram gaya (kgf)m= massa dalam kilogram massa (kgm)g= gaya gravitasi dalam m/det2

Dalam hal ini :(1.4)(1.3)

m x gG =kgfgkgm11

Page 8: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

=Page 9

Mekanika Fluida - TEP 2019

Karena nilai massa untuk satuan SI (kg) dan satuan MKS (kgm)adalah sama maka, Pers (1.4) dapat subtitusikan ke dalamPers. (1.2) yang menghasilkan :dimana :g = 9,81 m/det2

atau :(1.5)kgfgNmkgfgN1det/1112

Page 9: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

=´=

Ngkgf =

Page 10Mekanika Fluida - TEP 20110

Viskositas atau kekentalan dari suatu cairan adalah salah satusifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadapgaya geser. Viskositas terjadi terutama karena adanya interaksiantara molekul-molekul cairan.ozzU

uF

adb b′ c c′Gambar 1.1 Perubahan bentuk akibat dari penerapangaya-gaya geser tetap

Page 10: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Page 11Mekanika Fluida - TEP 20111

Apabila tegangan gesermaka :dimana :

τ= Tegangan geser= Viskositas dinamik= perubahan sudut atau kecepatan sudut dari garis0

zu

μ(1.7)(1.6)00

zuatauAzuAμτ

Page 11: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

μτ=´´=AF=τ0

zuAF´= μ

Page 12Mekanika Fluida - TEP 20112

Agar berlaku umumdapat dinyatakan dalamyang disebut gradien kecepatan.

Page 12: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Maka dalam bentuk differensial Pers.(1.7) dapat dinyatakan :Pers.(1.8) disebut Hukum Newton dari kekentalan atau :0

zudzdudzduμτ =dzduτμ =Dalam sistem satuan SI, tegangan geser dinyatakan dalamN/m2 dan gradien kecepatan adalah dalam (m/det)/m makasatuan dari viskositas dinamik adalah :

()

Page 13: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

det.detdet22

mkgmNmmmN===μ(1.8)(1.9)(1.10)

Page 13Mekanika Fluida - TEP 20113

Perbandingan antara kekentalan dinamik dan kerapatan disebut

Page 14: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

kekentalan kinematik, yaitu :(1.11)yang mempunyai dimensi luas tiap satuan waktu dan satuannyaadalah : m2/det.Viskositas kinematis dari cairan sangat dipengaruhi olehtemperatur, demikian pula dengan viskositas dinamik.Oleh karena itu harga-harga viskositas dinamikdan viskositas kinematistemperatur dapat dinyatakan dalam bentuk grafik atau dalambentuk tabel (1.1).μϑ dalam hubungannya dengan

det/.det.23

mmkgmkg==

Page 15: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

=ρμϑ

Page 14Mekanika Fluida - TEP 20114

= viskositas kinematis (m2/det)= temperatur (oC)e

Tdimana :ϑAdapun persamaan yang digunakan adalah suatu persamaansederhana yaitu :(1.12)

()()e

Page 16: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

T+´=−

2010406

ϑPage 15

Mekanika Fluida - TEP 20115TempoCKerapatanρ (kg/m3)Viscositasdinamisμ (m2/det)Viscositaskinematisυ (m2/det)Teganganpermukaanτ (N/m)Tinggitekananuapp

Page 17: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

u

/γ (m)ModuluselastisitasK (N/m2)0999,871,787x10-3

1,787x10-6

0,07570.060.090.121,98x109

1999,931,728 x10-3

1,728 x10-6

0,07552999,971,671 x10-3

1,671 x10-6

0,07533999,991,618 x10-3

1,618 x10-6

0,751410001,567 x10-3

1,567 x10-6

0,07495999,991,519 x10-3

1,159 x10-6

0,07482,03x109

6999,97

Page 18: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

1,472 x10-3

1,472 x10-6

0,07478999,881,386 x10-3

1,386 x10-6

0,074510999,731,307 x10-3

1,307 x10-6

0,07422,09x109

12999,521,234 x10-3

1,235 x10-6

0,074014999,271,168 x10-3

1,169 x10-6

0,07372,14x109

16998,971,108 x10-3

1,109 x10-6

0,0734

Tabel 1.1 Sifat-sifat AirPage 16

Mekanika Fluida - TEP 20116TempoCKerapatanρ (kg/m3)Viscositas

Page 19: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

dinamisμ (m2/det)Viscositaskinematisυ (m2/det)Teganganpermukaanτ (N/m)Tinggitekananuappu

/γ (m)ModuluselastisitasK (N/m2)0.250.330.440.580.760.981.262.033.204.867.1810.3318998,621,052 x10-3

1,052 x10-6

0,073020998,231,000 x10-3

1,002 x10-6

0,07282,19x109

25997,08

Page 20: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

0,887 x10-3

0,890 x10-6

0,072030995,680,795 x10-3

0,798 x10-6

0,07122,25x109

35994,060,715 x10-3

0,719 x10-6

0,070440992,250,648 x10-3

0,653 x10-6

0,06962,26x109

45990,250,590 x10-3

0,596 x10-6

0,068950988,070,540 x10-3

0,547 x10-6

0,06802,26 x109

60983,240,459 x10-3

0,467 x10-6

0,06612,25 x109

70977,810,395 x10-3

0,404 x10-6

Page 21: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

0,06432,22 x109

80971,830,345 x10-3

0,355 x10-6

0,06262,17 x109

90965,340,304 x10-3

0,315 x10-6

0,0607100958,380,270 x10-3

0,282 x10-6

0,0589

Page 17Mekanika Fluida - TEP 20117

BesaranSimbolSatuanSistemSIBesaran SimbolSatuanSistem SIBesaran DasarBesaranPanjangLm

Page 22: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

DebitQm3/detMassaMkgGayaFNWaktuTdetTekananPN/m2

Sudutθradatau Pa(Pascal)LuasAm2

VolumeVm3

DayaPW (Watt)

Page 23: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Kecepatanum/det(joule/det)Percepatanam/det2

Kerja,energiEN.m(Joule)

Tabel 1.2. Satuan dalam SIPage 18

Mekanika Fluida - TEP 20118

BesaranSimbolSatuanSistem SIKecepatan sudutωRad / detGravitasigm / det2

Kerapatanρkg / m3

Page 24: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Kekentalan dinamisμN det / m2

Kekentalan kinematisυm2 / detBerat jenisγN / m3

Tabel 1.3. Prefiks untuk Perkalian DesimalPrefiksSimbolFaktorPengaliPrefiks SimbolFaktorPengaliGigaG109

Decid10-1

MegaM106

Centi

Page 25: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

c10-2

Kilok103

Millim10-3

Hetoh102

Microμ10-6

Decada101

Nanon10-9

Page 19Mekanika Fluida - TEP 20119

Suatu cairan dimana viskositas dinamiknya tidak tergantungpada temperatur, dan tegangan gesernya proposional(mempunyai hubungan liniear) dengan gradien kecepatandinamakan suatu cairan Newton.

Page 26: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Perilaku viskositas dari cairan ini adalah menuruti HukumNewton untuk kekentalan seperti yang dinyatakan dalamPers.(1.9).Dengan demikian maka untuk cairan ini grafik hubunganantara tegangan geser dan gradien kecepatan merupakan garislurus yang melalui titik pusat salib sumbu seperti pada Gb(1.2).Kemiringan garis tersebut menunjukkan besarnya viskositas.

Page 20Mekanika Fluida - TEP 20120

Gambar 1.2. Perilaku viskositas cairanCairan NewtonCairan NewtonCairan Non NewtonPlastis ideal

τdzdu/Cairan idealTegangan geser

Page 27: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Gradien kecepatan du / dzxyZat cair ideal

Page 21Mekanika Fluida - TEP 20121

Cairan yang perilaku viskositasnya tidak memenuhi Pers.(1.9)dinamakan cairan Non Newton. Cairan Non Newton mempunyaitiga sub grup yaitu :i. Cairan dimana tegangan geser hanya tergantung padagradien kecepatan saja, dan walaupun hubungan antarategangan geser dan gradien kecepatan tidak linier, namuntidak tergantung pada waktu setelah cairan menggeser.ii. Cairan dimana tegangan geser tidak hanya tergantung padagradien kecepatan tetapi tergantung pula pada waktu cairanmenggeser atau pada kondisi sebelumnya.iii. Cairan visco-elastis yang menunjukkan karakteristik dari zat

Page 28: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

pada elastis dan cairan viskus.

Page 22Mekanika Fluida - TEP 20122

CONTOH SOAL 1Suatu cairan mengalir pada suatu pelat miring dalam bentuklapisan tipis setebal t seperti pada Gb.1.7.Gambar 1.7 Suatu cairan yang mengalir diatas suatu pelatBagian atas (permukaan) dari cairan yang mengalir diatas pelattersebut berhubungan dengan udara yang hampir tidakmenyebabkan hambatan pada aliran. Dengan menggunakanhukum Newton untuk viscositas tentukan hargadxdu/Apakah keadaan ini akan terdapat pembagian kecepatan yanglinier?udarapelatt

Page 23Mekanika Fluida - TEP 20123

Page 29: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Hukum Newton untuk viskositas adalahPada permukaan cairan tegangan geser = 000=⎥⎦⎤→==tzz

dzduτPada dasar tegangan geser ≠ 00000

≠⎥⎦⎤

Page 30: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

→≠=z

dzduτDari dua persamaan tersebut dapat dilihat bahwa terdapatperubahandzduadanya perubahan dari kemiringan lengkung pembagiankecepatan. Dengan demikian kecepatan pada sumbu ztidak linier.antara dasar dan permukaan yang menunjukkan

dzduμτ =

Page 24Mekanika Fluida - TEP 20124

Page 31: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Suatu pelat terletak sejauh 0,5 mm dari pelat yang lain tetap.Pelat tersebut bergerak dengan kecepatan 0,25 m/det danmemerlukan suatu gaya tiap satuan luas sebesar 2 Pa (N/m2)untuk menjaga kecepatan yang tetap. Tentukan viskositas cairanyang terletak di antara dua pelat tersebut.Jawaban :Hukum Newton untuk viskositas adalah :222

det.004,0250det.11000det25,0115,02mN

Page 32: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

mNmmmmmmmNutAFtuAFdzdu==××××

Page 33: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

====μμμμτCONTOH SOAL 2

Page 25Mekanika Fluida - TEP 20125

Kerapatan cairanadalah suatu ukuran dari konsentrasi massa dan dinyatakandalam bentuk massa tiap satuan volume. Oleh karenatemperatur dan tekanan mempunyai pengaruh (walaupunsedikit) maka kerapatan cairan dapat didefinisikan sebagai :massa tiap satuan volume pada suatu temperatur dan tekanantertentu.

Page 34: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Kerapatan dari air pada tekanan standard/tekanan atmosfer(760 mm Hg) dan temperatur 4oC adalah 1000 kg/m3.

()()3

mkgvmvolumesatuanmassa⎥⎦⎤⎢⎣

Page 35: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

⎡==ρρ (density)(1.13)

Page 26Mekanika Fluida - TEP 20126

Kerapatan relatif ( S )adalah suatu cairan ( specific density ) didefinisikan sebagaiperbandingan antara kerapatan dari cairan tersebut dengankerapatan air.(1.14)Dengan demikian harga ( S ) tersebut tidak berdimensi.Walaupun temperatur dan tekanan mempunyai pengaruhterhadap kerapatan namun sangat kecil sehingga untukkeperluan praktis pengaruh tersebut diabaikan.aircairan

Page 36: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Sρρ==kerapatan airkerapatan cairan

Page 27Mekanika Fluida - TEP 20127

Berat Jenis (specific weight) dari suatu bendaadalah besarnya gaya grafitasi yang bekerja pada suatumassa dari suatu satuan volume, oleh karena itu berat jenisdapat didefinisikan sebagai : berat tiap satuan volume.

γgVgVVgm

Page 37: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

VG....ρργ====(1.15)dimana := berat jenis dengan satuan N/m3 untuk sistem SI ataukgf/m3 untuk sistem MKS= kerapatan zat, dalam kg/m3 untuk sistem SI, ataukg m (kilogram massa) untuk sistem MKS= percepatan gravitasi = 9,81 m/det2

γ

Page 38: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

ρg

Page 28Mekanika Fluida - TEP 20128

Telah diuraikan di muka cairan merupakan zat yangtidak termampatkan (incompressible). Namun perlu diperhatikanbahwa cairan dapat berubah bentuk karena tegangan geser atautermampatkan oleh tekanan pada suatu volume cairan tersebut.Dengan demikian maka untuk kondisi-kondisi dimana terjadiperubahan tiba-tiba atau perubahan besar dalam tekanan makakemampatan cairan menjadi penting. Kemampatan dinyatakandengan harga K.Harga K untuk air pada temperatur 20oC adalah sekitar2,18 x 109 N/m2 pada tekanan atmosfer dan bertambah secaralinier sampai sekitar 2,86 x 109 N/m3 pada suatu tekanan 1000atmosfer jadi dalam kondisi pada temperatur 20oC.

Page 39: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Page 29Mekanika Fluida - TEP 20129

dimana P adalah tekanan terukur (gage pressure) dalam N/m3.Untuk keperluan praktis air dapat dipertimbangkan sebagaicairan tak termampatkan (incompressible fluid). Namun adapengecualiannya, yaitu fenomena “water hammer” yang terjadidi dalam saluran tertutup apabila terjadi penutupan katubturbin secara tiba-tiba.

() 2

9

7,61018,2mNP

Page 40: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

K+×=(1.16)

VdVdpK −=(1.17)

Page 30Mekanika Fluida - TEP 20130

dimana := modulus elastisitas= penambahan tekanan= pengurangan volume= volume awalKdpdVV

Page 41: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Tanda (-) di dalam persamaan tersebut menunjukkan bahwapertambahan tekanan mengurangi volume.Karena dV/V tidak berdimensi maka : K dinyatakan dalamsatuan dari tekanan p atau gaya tiap satuan luas. Apabila yangdipertimbangkan adalah satuan massa cairan maka moduluselastisitas K dapat dinyatakan dalam persamaan :ρρddpK +=Karena ρV = tetap dan d (ρV) = 0 atau dV/V = - dρ/ρ(1.18)

Page 31Mekanika Fluida - TEP 20131

POMPA HIDRAM(PATMO=Pompa Air Tanpa Energi Buatan )Jaringan pipa output menuju tempat bak

Page 42: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

distribusi dengan perbedaan ketinggian 85meterOutput pada bak terminal hasildari pemasangan 5 PATMO

Page 32Mekanika Fluida - TEP 20132

Tegangan permukaan untuk suatu permukaan air-udara adalah0,073 N/m pada temperatur ruangan. Adanya teganganpermukaan tersebut menaikkan tekanan di dalam suatu tetesancairan. Untuk suatu tetesan cairan dengan diameter D, tekananinternal p diperlukan untuk mengimbangi gaya tarik karenategangan permukaan σ, dihitung berdasarkan gaya yang bekerjapada suatu belahan tetesan cairan seperti pada Gb.(1.3).OσσGambar 1.3. Gaya-gaya yangbekerja pada tetesan air

Page 33Mekanika Fluida - TEP 20133

Page 43: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

pdd2

41πσπ=(1.19)dimana :p = tekanan, dalam (N/m2)σ = tegangan permukaan dalam (N/m)d = diameter tetesan dalam (m)Besarnya tegangan permukaan air pada beberapa temperaturditunjukkan dalam tabel 1.1.dpσ4=

Page 34Mekanika Fluida - TEP 20134

dθh

Page 44: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

hd( a )( b )

( )OHAir2

( )g

HRaksaAirKapilaritas terjadi disebabkan oleh tegangan permukaan olehgaya kohesi dan adhesi. Hal ini dapat dilihat pada suatu pipavertikal diameter kecil (pipa kapiler) yang dimasukkan ke dalamsuatu cairan.Gambar 1.4. Kenaikandan penurunankapilaritasθhdσσ

Page 45: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Gambar 1.5.KenaikanKapilaritas

Page 35Mekanika Fluida - TEP 20135

Keseimbangan tercapai apabila :2

4cosdhgdπρσθπ=Sehingga kenaikan kapilaritas dapat dihitung yaitu :(1.20)dimana :h = tinggi kenaikan kapilaritas (m)σ = tegangan permukaan (N/m2)ρ = kerapatan cairan (kg/m3)g = gaya gravitasi (m/det2)

Page 46: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

d = diameter pipa kapilar (m)θ = sudut antara tegangan permukaan dan dinding pipavertikalPers (1.20) tersebut berlaku untuk d < 3 mm (lihat Gb.1.5)dghρθσcos4=

Page 36Mekanika Fluida - TEP 20136

Salah satu cara untukmenjelaskan besarnyatekanan uap, diambilsuatu pipa diameter kecilberisi cairan yang ditutupdi salah satu ujungnya(tube). Ujung yang satulagi terbuka dandibenamkan di dalamsuatu bak berisi cairanyang sama dengan cairan

Page 47: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

di dalam pipa, sepertipada Gb.(1.6).Tekananatmosfer

()Aatmp

()AhγAuphuaptubeKeseimbangan gaya

Gambar 1.6Penjelasan terjadinyaTekanan Uap

Page 37Mekanika Fluida - TEP 20137

Tekanan atmosfer menahan kolom cairan di dalam pipa, tetapiapabila pipa di tarik lebih tinggi, tekanan di ujung atas pipamenurun sampai di bawah tekanan uap. Dalam hal ini cairanakan melepaskan diri dari ujung pipa. Dengan tekanan pada

Page 48: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

permukaan dasar pipa sama dengan tekanan atmosfir,keseimbangan gaya dapat digunakan untuk menunjukkanhubungan antara tekanan uap, tekanan atmosfer dan panjangdari kolom cairan :(1.21)

( )hAAPAPatmu

γ=

Page 38Mekanika Fluida - TEP 20138

Tekanan uap jenuh cairan pada temperatur 20oC ditunjukkan didalam tabel (1.4) dan untuk air pada temperatur berbedaditunjukkan di dalam tabel (1.5).dimana :P

Page 49: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

u

= tekanan uap dalam Pa (Pascal)Patm

= tekanan atmosferA= luas penampang pipaγ= berat jenis cairan

Page 39Mekanika Fluida - TEP 20139

Tabel 1.4. Tekanan uap jenuh cairan pada temperaturTabel 1.5. Tekanan uap jenuh air (dalam satuan absolut)Tekanan uap jenuhTemperaturkgf / cm2

N / m2

00,632 x 10-2

623101,246 x 10-2

1,230202,373 x 10-2

Page 50: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

2,340407,490 x 10-2

7,4006020,300 x 10-2

20,0008048,300 x 10-2

47,4001001,03 x 10-2

101,500Tekanan uap jenuhZat cairkgf / cm2

N / m2

Air Raksa1,63 x 10-6

0,160Minyak Tanah3,36 x 10-2

3,300Alkohol5,95 x 10-2

5,900Bensin10,10 x 10-2

10,000

Page 40

Page 51: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Mekanika Fluida - TEP 20140

CONTOH SOALBerapa besar tekanan uap yang dapat menyebabkan terjadinyakavitasi pada inlet dari suatu pompa yang mengalirkan air padatemperatur 35oC.Jawaban :Kavitasi terjadi apabila tekanan berkurang sampai mencapaitekanan uap.Dari tabel 1.1. diperoleh33

/56,56/975258,058,0mNmNmPm

Page 52: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Puu

=×==γ

Page 41Mekanika Fluida - TEP 20141

Latihan SoalPembagian kecepatan untuk aliran berkekentalan antara duapelat yang tetap ditunjukkan dalam persamaan berikut ini :

()2

21zBzdxdp

Page 53: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

u−=μBuztetapBila cairan glycerine yang mengalir (T=18oC),dan gradien tekanandxdp /dan tegangan geser pada jarak 12,7 mm dari dinding bila jarakantara dua dinding adalah B=5,08 cm. Tentukan juga besarnyategangan geser dan kecepatan pada dinding, apabila kerapatanglyserine adalah ρ=1,260 kg/m3.adalah 1,570 kN/m3, berapakah besarnya kecepatanGambar 1.8 Pembagiankecepatan aliran antaradua pelat1.

Page 42Mekanika Fluida - TEP 201

Page 54: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

42

Suatu pelat bergerak di atas pelat ke dua pada suatu lapisancairan seperti tampak pada Gb.1.92.zmmd 3,0=det/3,0mu =Untuk suatu jarak d yang kecil, pembagian kecepatan didalam cairan dianggap linier. Sifat-sifat cairan adalah :

μKerapatan relatif S = 0,88Hitung besarnya :a.viscositas kinematis.b.tegangan geser pada pelat atas .c.tegangan geser pada pelat bawah.d.tunjukkan arah garis kerja tegangan geser padaperhitungan (b dan c) tersebut.= 0,65 cp (centipoises)Viscositas

Page 43Mekanika Fluida - TEP 201

Page 55: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

43

Bila persamaan dari diagram kecepatan adalah : u = 4 z2/3,berapakah besarnya gradien kecepatan pada dasar dan padajarak 0,25 m serta 0,5 dari dasar ?3.Suatu metode untuk menentukan tegangan permukaan daricairan adalah dengan mencari gaya yang diperlukan untukmenarik cincin platina dari permukaan seperti pada gambar1.12.Gambar 1.12 Suatucincin pada cairanPerkirakan besarnya gaya yangdiperlukan untuk mengangkatcincin diameter 2 cm daripermukaan air pada temperatur20oC. Mengapa platina yangdipakai sebagai bahan cincin?4.Fcicinair

Page 44

Page 56: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

Mekanika Fluida - TEP 20144

Hitung efek kapiler dalam suatu tabung kaca (tube) diameter4 mm, bila dimasukkan ke dalam : (a) air dan (b) air raksa.Sudut kontak untuk air θ = 0o dan air raksa θ = 130o.Temperatur cairan tersebut adalah 20oC dan teganganpermukaan air adalah 0,075 N/m sedang σ air raksa adalah0,52 N/m, γ air = 9806 N/m3, γ air raksa = 136000 N/m3.5.Pada kedalaman 8,5 km di dalam laut tekanan adalah 90 MN/m2.Berat jenis air laut pada permukaan adalah 10,2 KN/m3 danmodulus elastisitas rata-rata adalah 2,4 x 106 KN/m2.Tentukan (a) perubahan volume specific, (b) volume specific danberat jenis air laut pada kedalaman 8,5 km.6.

Page 45Mekanika Fluida - TEP 20145

Page 57: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

1. Fluida dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu gas dancairan yang mempunyai perbedaan sifat, yaitu :Gas tidak mempunyai permukaan bebas dan massanyaselalu berkembang mengisi seluruh ruangan, serta mampudimampatkan (compressible).Cairan mempunyai permukaan bebas, massanya akanmengisi volume ruangan tertentu sesuai dengan volumenya,serta tidak mampu dimampatkan (incompressible).2. Dimensi adalah besaran terukur : massa (m), panjang (L),dan waktu (t).3. Satuan adalah standar yang mengukur dimensi. Didalamsistem Satuan Internasional (SI) satuan massa adalahkilogram (kg), satuan panjang adalah meter (m), dan satuanwaktu adalah detik (det) atau sekon (s).

Page 46Mekanika Fluida - TEP 20146

Page 58: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

4. Satuan untuk gaya adalah Newton (N) yang diturunkandari persamaan Newton yaitu :2

det/..mkgamF=.

5. Kekentalan (viscosity) dari suatu cairan adalah salah satu sifatcairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadapgeser.

Kekentalan dinamik ( )μ adalah perbandingan antara tegangan

( )τ dan gradien kecepatangeserdet.//,mkgdzdu

Page 59: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

dzduμτ =⎟⎠⎞⎜⎝⎛6. Kekentalan kinematik (cinematic viscosity) υ adalah kekentalandinamik dibagi kerapatan cairan⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=det/

Page 60: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

2

mρμυ7. Kerapatan cairan (density) adalah ukuran dari kosentrasimassa dan dinyatakan dalam bentuk massa per satuanvolume :3

///mkgvmvolumesatuanmassa==ρ

Page 47Mekanika Fluida - TEP 20147

Page 61: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

8. Kerapatan relatif suatu cairan (specific density) S adalahperbandingan antara kerapatan cairan dengan kerapatan air.9. Berat jenis (specific weight) adalah besarnya gaya gravitasiyang bekerja pada suatu massa dari satuan volume :3

/.mNgργ =10.Kemampatan kemampuan dimampatkan dari cairan akibatbertambahnya tekanan, dinyatakan dalam persamaan :11.Tegangan permukaan adalah energi per satuan luas

( )τ12.Kapilaritas terjadi karena adanya tegangan permukaan.Hal ini dapat dilihat pada pipa kapiler yang diletakkan padacairan, kenaikan kapilaritas dapat dihitung denganpersamaan :permukaan

Page 62: Definisi Dan Sifat Mekanika Fluida

dgh××××=ρθσ cos413.Tekanan uap dinyatakan dalam pascal (Pa).VdVdpK −=

Page 48Mekanika Fluida - TEP 201