MINGGU IILMU MEKANIKA FLUIDA

Karakteristik Fluida

Mekanika FluidaMekanika membicarakan gaya-gaya dan gerakan.Mekanika Fluida membicarakan gaya-gaya dan gerakan di dalam fluida.

Bagaimana dengan bahan-bahan seperti :Peanut ButterOdol/ Pasta GigiDow untuk rotiGrease untuk mobil Bentuk ini biasa disebut sebagai bahan-bahan intermediate.

Cara lain mendefinisikan fluida dengan ide shear stress Benda 100 lb digantung dengan tali, maka gaya benda (stress) merupakan berat benda dibagi dengan luas penampang tali. Gaya/ stress ini disebut tensile stress. Batang baja menahan beban 100 lb. Beban/ gaya diberikan terhadap batang baja, maka gaya yang diberikan terhadap batang baja disebut sebagai compresive force. Besar stress adalah besar gaya dibagi dengan luas batang baja. Stress ini disebut sebagai compresive stress.

Jika glue atau perekat menahan beban 100 lb, gesekan terjadi antara beban dengan glue. Gesekan tersebut disebut shear force, sehingga shear stress adalah shear force dibagi dengan luas area glue yang menahan beban.

Untuk membedakan antara fluida dan benda padat :

Padat : Bahan yang memerlukan shear stress yang besar untuk menahannya. Fluida : bahan diberi shear stress akan bergerak selama ada gaya yang dipakai. Intermediste substance ; kedudukannya diantara bahan tersebut.

Basic Mekanika FluidaDasar mekanika fluida :

Hukum Kekekalan MassaHukum Termo I/ Hukum Kekekalan EnergiHukum Termo IIHukum Newton : F = m.a

Sifat Fluida1. DensityDensity didefinisikan sebagai :

m= massa bendav = volume benda

2. Spesific Gravity

Dalam hal ini air pada suhu 25o C, 1 atm, densitynya = 1000 gr/cm3.

Satuan yang dipakai oleh density adalah : g/cm3; kg/ L; ton/ m3.

Untuk selanjutnya dipakai bahwa kondisi air pada 39oF 4oC densitynya 1000 g/cm3 atau jika spesific gravity suatu bahan yang relatif terhadap air pada 4oC maka bahan tersebut mempunyai spesific gravity 0,8 dan juga density 0,8 g/cm3.

3. Viskositas Viscositas adalah ukuran kekuatan untuk menahan aliran atau ukuran kekentalan suatu fluida.

= viskositas absolut.Satuannya :P (poise) 1 P = 1g/ cm.s ; s = waktu (detik)1 cP = 0,01 P = 0,01 g/ cm.s

Sedangkan viskositas kinematik () Satuannya : Centistoke (cSt)1 CSt = 1 CP/ 1 g/cm3 = 1,08 x 10-5 ft2/s = 10-6 m2/s

4. Surface TensionSurface tension adalah gaya tarik menarik di sekeliling molekul.

5. Tekanan

Tekanan adalah gaya per satuan luas pada titik itu.Satuan : kg/cm2, psi, p/ft2.1 kg/cm2 = 14,2 psi = 14,2 pound/ square inch1 psi = 0,07 kg/cm2.

Tekanan absolut: tekanan pengukuran + tekanan atm.positif : tekanan pengukuran diatas tekanan atmnegatif : tekanan pengukuran dibawah tekanan atm.

Tekanan gauge : tekanan yang melebihi tekanan atmContoh : 15 psig = 15 psi gauge = 15 psia15 psia = 15 psi absolut = 15 psi untuk tekanan absolut.15 lb/in2 = 15 psi (15 pound per square inch)Untuk SI unit : 1 Pa = 1N/m2.

ContohTitik C : - 1,0 atm atau zero absolut atau -1,013 gaugeTitik B terhadap current atm = 1,0Titik B dalam abs zero = 0,513 absolut Titik B dalam standar atm = 1,013; titik B = -0,5 gaugeTitik B di bawah current atm = -0,487 gauge.Jika tekanan atmosfer = 1 atm, maka tekanan gauge di B menjadi 0,513 1,0 = 0,487 bar gauge.Titik A = 3,013 abs; atm = 2,013 dari standar atm.

6. Massa dan Berat

Massa suatu zat bergantung pada sifat-sifat dan jumlah zat itu sendiri. Satuan : kgm, lbm.Berat suatu zat adalah gaya yang disebabkan gaya tarik bumi/ gaya gravitasi terhadap benda/ bahan tersebut. Karena gaya gravitasi berbeda-beda tergantung letaknya terhadap pusat bumi, maka berat akan berubah untuk setiap zat.Umpamanya berat suatu zat di bulan berubah dibandingkan di bumi, tetapi massanya tetap.

Hukum Hooke : F = m x aF= Gayam= massaa= percepatan

Hubungan massa dan berat :Berat = Massa x GravitasiB= m x gg = gravitasi = 9,8 m/sec2

Karena gaya gravitasi berbeda di berbagai tempat, akan juga berbeda dengan gaya gravitasi standar, maka

Jika g/gc = 1, maka B = m

Selama benda di permukaan bumi, perubahan gaya gravitasi sangat kecil, maka dalam perhitungan sering tidak dibedakan antara berat dan massa.

Satuan berat dan gaya :

1 Newton : gaya yang diberikan pada 1 kgm, sehingga ada percepatan 1 m/ sec.

Jika m = 5 kg a = 2 m/sec2 F = 5 x 2 = 10 N

1 kgf = gaya yang diberikan pada 1 kgm benda, sehingga diperoleh percepatan gravitasi (m/det2)1 dyne = adalah gaya yang diberikan pada 1 gram massa benda sehingga mendapat percepatan 1 cm

7. Relatif Density atau Spesific Gravity (SG)

Cairan dan benda padat :

Atau

Gas :

8. o API (American petroleum Institute) Gravity

Untuk density minyakoAPI tinggi cairan ringan SG nya rendah harga minyak tinggi.

oBaume : untuk menyatakan berat suatu cairan/ larutan kecuali minyak mentah dan hasil hilirnya.

Cairan lebih berat dari air :

Cairan yang lebih ringan dari air :

1. Berapa oBe dan oAPI suatu cairan yang mempunyai SG = 0,820.Jawab : SG = 0,820 < 1

2. Berapa oBe dan oAPI suatu cairan yang densitynya 58,75 lb/cuft.Jawab : 62,43 adalah density air

9. HeadMenyatakan tinggi permukaan zat cair dalam bejana. Jika tinggi zat cair dalam bejana 30 ft, maka headnya 30 ft.

Contoh : Jika air pada tangki adalah 1 kaki (12), maka headnya 1 kaki (ft). Dengan alat ukur tekanan statisnya = 0,433 psi. Tanpa alat ukur :Tekanan Statis = Head x Density

10. Temperatur

Temperatur absolut temperatur terendah yang dapat dicapai pada saat molekul-molekul suatu zat tak bergerak lagi (tak mempunyai energi panas lagi). Pada saat itu temperatur adalah 0 absolut.Temperatur diatas 0o absolut disebut sebagai temperatur absolut.Ada 2 skala yang dipakai :Derajat Kelvin (oK) oK = oC + 273Derajat Rankin (oR) oR = oF + 460Dalam SI unit, satuan yang digunakan adalah oK, sehingga 0 oK adalah suhu nol absolut atau mutlak.

Skala suhu lain adalah suhu Celcius dan Fahrenheit 1. C Fx oC ? oF

2. F C y oF ? oC

3. K C zo K oC

4. C K

Contoh1. AirHead air= 1 kaki= 12Density air= 62,4 lb/ft3 = Tekanan statis air =

Tangki dengan cairan kondensat 60o API dan tingginya 5 m = 500 cm. Hitung tekanan statis pada dasar tangki jika S.G kondensat = 0,74

Density kondensat = SG x density airDensity air = 1 kg/dm3 = 1 kg/L = 1000 kg/m3 = 0,001 kg/cm3Density kondensat = 0,74 x 0,001 kg/cm3 = 0,00074 kg/cm3.Tekanan statis = 500 cm x 0,00074 kg/cm3 = 0,37 kg/cm3

11. Pressure Head

Tangki terbuka : tekanan = tekanan statis cairan + tekanan atmosferTangki tertutup :Tekanan absolut pada dasar tangki = tekanan statis cairan + tekanan gas terhadap cairan + tekanan atmosfer.

Contoh Tangki TerbukaTangki terbuka berisi cairan SG=0,8, berapa tinggi minyak dalam tangki? Tek. Statis = head x density6 psi = head x (0,8/ 62,4)

Head = 6 psi/ (0,8 x 62,4) = 17,3 ft1 atm = 14,7 psia.

Maka tekanan absolut pada dasar tangki = 6 + 14,7 = 20,7 psi.

Contoh Tangki TertutupBerapa tinggi cairan tersebut?Berapa head cairan ?Selisih tekanan = 204 200 = 4 psi = 4 lb/in2

Tekanan statis = head x density cairan

Head cairan =

12. Manometer

Tangki dengan manometer Hg merupakan cara lain untuk memerlukan tinggi cairan di tangki dengan cara tidak langsung.Anggap tangki berisi air dan manometer menunjukkan perbedaan permukaan 9, maka :

Maka :Tek. statis (oleh air dalam tangki) = tek. Statis (oleh air raksa dalam manometer)

Tinggi permukaan air x density = tinggi permukaan air raksa x density

Tinggi permukaan air =