MAKALAH MEKANIKA FLUIDA

ALIRAN FLUIDA DALAM LINGKUNGAN

KEHIDUPAN SEHARI-HARI

DISUSUN

OLEH KELOMPOK

AAN SIBURIAN 5142121002

NASIB BUNGA TAMPUBOLON 5141121020

IRA PRADWITA 5142121001

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

T.A 2015/2016

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur senantiasa kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa,

karena atas kehendak-Nya lah yang selalu menjadikan kita senantiasa menikmati segala bukti

kasih sayang-Nya.Dan atas berkat-Nya jugalah Laporan praktik Mekanika Fluida ini dapat

kami selesaikan.

Laporan ini dibuat untuk memenuhi tugas praktik mata kuliah Mekanika Fluida. Kami

mengucapkan terima kasih kepada bapak Prof.Dr.Siman,MPd selaku dosen pengampu mata

kuliah ini yang telah membimbing kami selama ini, hingga dalam pembuatan laporan praktik

ini.

Kami selaku penulis juga menyadari bahwa laporan praktik ini masih belum

sempurna ataupun belum sesuai dengan yang diharapkan.Oleh karena itu, kami sangat

mengharapkan kritik dan saran dari pembaca.

Dan harapan kami sebagai penulis, semoga laporan ini bermanfaat bagi kita.Akhir

kata kami ucapkan sekian dan terima kasih.

2

DAFTAR ISI

Halaman Sampul………………………………………….. 1

Kata Pengantar……………………………………………. 2

Daftar Isi………………………………………………….. 3

Bab 1 Pendahuluan………………………………………. 4

Latar belakang masalah…………………………………. 4

Bab 2 Pembahasan……………………………………….. 5

A. Klasifikasi Aliran Fluida……………………………… 5B. Proses Matematis……………………………………… 12

Bab 3 Penutup……………………………………………. 13

Kesimpulan ………………………………………………. 13

Daftar Pustaka …………………………………………… 14

Lampiran ………………………………………………… 15

3

BAB IPENDAHULUAN

LATAR BELAKANG MASALAH

Mekanika fluida adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang zat cair, gas, dan lain-lain yang mengalir maupun yang diam. Pada dasarnya fuida itu sangat penting bagi kehidupan semua mahluk hidup terutama fuida air.Semua mahluk hidup tidak dapat hidup tanpa air.

Demikian juga dengan fluida yang sejenis dengan air contohnya minyak, dan lain-lain.yang dapat digunakan sebagai bahan yang membantu manusia untuk melakukan pekerjaan sehari-hari, seperti pengunaan hidrolik pada mobil pengangkut barang, pada sebuah usaha doorsmeer, fluida ini juga sering digunakan untuk mengangkat mobil tersebut dengan menggunakan media hidrolik

Dalam kehidupan sehari-hari juga kita sering melupakan kegunaan dari fluida dan melupakan bahaya dari fluida tersebut.Sehingga dapat merugikan mahluk hidup.Dalam teorinya kita juga dapat dapat kita bacakan bahwa fluida itu sangat berpengaruh bagi kehidupan kita.

Jadi kalau kita berbicara tentang mekenika fluida itu memang penting kali kita harus mengetahuinya mulai dari kegunaan, pengaruhnya dalam kehidupan, tekanan, spesific gravitasinya, dan berat pada masing-masing fuida fluida yang ada disekitar kita.

Maka dari latar belakang masalah tersebut maka kami membuat makalah ini sebagai salah satu sarana untuk memberitahukan dan menjelaskan tentang fluida tersebut kepada pembaca. Berikut akan kami jelaskan tekanan yang ada pada suatu fuida jenis minyak tanah, dan massa jenis yang ada fluida tersebut.

4

BAB II

A.Klasifikasi Aliran FluidaDidasarkan pada tinjauan tertentu, aliran fluida dapat diklasifikasikan dalam beberapa

golongan. Dalam ulasan ini, fluida yang lebih banyak dibahas adalah air (incompressible fluids) dan dibagi menjadi 8 golongan antara lain :

1. Aliran yang tak termampatkan dan termampatkan (incompressible and compressible flows)

Aliran tak termampatkan adalah kondisi aliran dimana rapat massa fluidanya tidak berubah. Contohnya adalah air,minyak,dll. Aliran termampatkan adalah kondisi aliran dimana rapat massa fluidanya berubah. Contohnya adalah gas.Pada fluida jenis ini berlaku hukum termodinamika.

2. Aliran tunak dan tak tunak (steady and unsteady flows )

Aliran tunak atau aliran permanen (permanent flow)  adalah kondisi dimana komponen aliran tidak berubah terhadap waktu. Contohnya adalah  aliran di saluran/sungai pada kondisi tidak ada perubahan aliran (tidak ada hujan, tidak banjir, dll). Kondisi tersebut dinyatakan dalam persamaan matematika beriku:

a. Aliran steady

Suatu aliran fluida disebut steady jika aliran yang mana kondisi alirannya (kecepatan, tekanan, densitas, dsb) tidak berubah dengan waktu. sebagai contoh : pada saat kita membuka kran dengan bukaan kran yang tetap maka aliranya adalah steady flow.  

b. Aliran Unsteady

5

Airan Unsteady jika terdapat perubahan kecepatan terhadap waktu dalam aliran tersebut.Sebagai contoh, pada saat kita memutar penutup kran maka air yang mengalir adalah unsteady flow.

F=jfjt

jf   : perubahan komponen aliran

jt   : perubahan terhadap waktu

f      : komponen aliran (viskositas, tekanan, rapat massa, kedalaman, debit, dll.)

Aliran tak tunak atau aliran tidak permanen (impermanent flow)  adalah kondisi dimana komponen aliran berubah terhadap waktu. Contoh aliran di saluran/sungai pada kondisi ada perubahan aliran (ada hujan, ada banjir, dll) atau aliran yang dipengaruhi muka air pasang-surut (muara sungai di laut) .

3. Aliran seragam dan tak seragam (uniform and non-uniform flows)

Aliran seragam adalah kondisi dimana komponen aliran tidak berubah terhadap jarak. Contoh aliran di saluran/sungai pada kondisi tidak ada pengaruh pembendungan/terjunan, tidak ada penyempitan/pelebaran yang ekstrim. perubahan terhadap jarakAliran tidak seragam (non-uniform flow) adalah kondisi dimana komponen aliran berubah terhadap jarak. Contoh aliran

6

di saluran/sungai pada kondisi ada pengaruh pembendungan atau penerjunan, ada penyempitan atau pelebaran yang ekstrim.

4. Aliran laminer dan turbulen (laminar and turbulent flows)

Fenomena aliran jenis ini dapat dijumpai  dalam kehidupan sehari hari, aliran air pada keran mungkin yang paling sering kita jumpai. Gambar diatas menunjukkan, Gambar (a) adalah keran air yang dibuka saat awal (bukaan kecil) sehingga air yang mengalir kecepatannya kecil, pada kondisi ini terjadi aliran laminer.Kecepata air meningkat pada Gambar sehingga aliran air berubah menjadi turbulen.

Dari sudut pandang hidraulik, hal yang paling mudah untuk membedakannya adalah gerak partikel/distribusi kecepatannya seragam, lurus, dan sejajar untuk aliran laminer dan sebaliknya untuk aliran turbulen. Perubahan dari laminer menuju turbulen atau zona transisi terjadi pada jarak tertentu dan zona transisi akan berakhir hingga terjadi kondisi ‘ fully developed turbulence’

mempermudah dalam membedakan jenis aliran pada klasifikasi ini. Persamaan Reynolds untuk mendapatkan Angka Reynolds dinyatakan dalam persamaan dibawah ini :U     : kecepatan rerata tampangR     : jari jari hidraulik (saluran terbuka); digunakan diameter (D) untuk aliran dalam pipa (saluran tertutup)u     : kekentalan fluida (viskositas kinematik)Setelah mendapatkan Angka Reynolds, jenis aliran dapat diketahui melalui rentang berikut,Aliran terbukaRe < 2000, laminerRe > 12500, turbulenAliran tertutupRe < 500, laminerRe > 4000, turbulendiantara rentang diatas merupakan kondisi transisi. Pada kondisi aliran laminer, pengaruh viskositas lebih besar daripada inersia dan kondisi sebaliknya untuk aliran turbulen.

5. Aliran yang dipengaruhi kekentalan (viscous and inviscid flows)

Aliran viskous atau aliran fluida nyata adalah aliran yang dipengaruhi oleh viskositas.Adanya viskositas menyebabkan adanya tegangan geser dan kehilangan energy.Pada aliran ini terjadi gesekan antarai fluida dengan dasar/dinding saluran atau pipa.Gambar (a) dibawah ini menampilkan percobaan aliran viskous melalui pilar berbentuk sebuah tabung.

7

Aliran invisid atau aliran fluida ideal adalah aliran yang tidak dipengaruhi viskositas/kekentalan  sehingga aliran ini tidak memiliki tegangan geser dan kehilangan energi. Dalam kenyataannya aliran fluida ideal tidak ada.Konsep ini digunakan para peneliti terdahulu untuk membentuk persamaan aliran fluida dan pengaplikasiannya di lapangan ditambahkan faktor penyesuaian sesuai kondisi nyata.Gambar (b) dibawah ini mengilustrasikan aliran invisid melalui sebuah pilar berbentuk tabung.

6. Aliran rotasi dan tak rotasi (rotational and irrotational flows)

Aliran irrotasional adalah aliran dimana nilai rotasinya atau setiap komponen vektor rotasinya sama dengan nol. Contoh aliran irrotasional adalah medan aliran pada aliran seragam. Penjabaran matematisnya disajikan pada pesamaan berikut

Omega (kapital) sering dinotasikan sebagai vortisitas (vorticity), sehingga didefinisikan sebagai sebuah vektor yang nilainya dua kalinya vektor rotasi.Sedangkan aliran rotasional adalah aliran dimana nilai rotasinya atau setiap komponen vektor rotasinya tidak sama dengan nol. Hal ini berarti medan aliran dengan kecepatan vektor V atau curl V tidak sama dengan nol. Contoh  dari aliran rotasional ditampilkan pada Gambar (a), tampak terjadi pusaran/vortex yang disebabkan ketidakseragaman aliran oleh perubahan penampang akibat terjunan. Namun jauh dari terjunan, aliran masih seragam sehingga aliran irrotasional.

7. Aliran subkritis dan superkritis (subcritical and supercritical flows)

Untuk membedakan jenis aliran pada klasifikasi ini sering digunakanAngka Froude. Angka Froude diperoleh melalui persamaan dibawah ini dan merupakan bilangan tak berdimensi,

U     : kecepatan rerata tampang

g      : percepatan gravitasi

D     : kedalaman aliran

penyebut pada persamaan diatas merupakan persamaan dari kecepatan rambat gelombang (celerity). Setelah mendapatkan Angka Froude, penentuan jenis aliran melalui rentang berikut,

F < 1, aliran sub-kritik

F > 1, aliran super-kritik

F = 1, aliran kritik

8

8. Aliran yang terpisahkan/separasi dan tidak (separated and unseparated flows)

Aliran yang tidak terjadi separasi dapat terjadi pada aliran yang sangat lambat. Penjelasan mengenai fenomena ini ditampilkan melalui sketsa pada Gambar (a), mengilustrasikan sebuah percobaan sejumlah cairan sirup (viskositas tinggi) dengan suhu rendah yang melampaui flume dengan beda tinggi  dasar tertentu dengan kecepatan sangat rendah. Saat mencapai pojok flume, cairan sirup tetap megikuti dasar flume, turun vertical dan tetap ‘menempel’ hingga akhir.Fenomena ini disebabkan momentum yang sangat kecil pada pojok dasar flume yang diakibatkan kecepatan yang sangat rendah.

Sedangkan aliran yang terjadi separasi ditampilkan sketsa pada Gambar (a).Fluida dengan nilai viskositas kecil atau kecepatan tinggi menimbulkan momentum yang tinggi, sehingga sulit bagi aliran untuk ‘menempel’ pada dasar saluran.Pada Gambar (b) juga mengilustrasikan aliran rotasional yang telah dijelaskan sebelumnya.

Gambar jenis aliran

9

Gambar (c) dibawah ini juga mengilustrasikan fenomena aliran pada klasifikasi ini.Pada bagian Gamabr (A) dan Gambar (B) juga mengilustrasikan fenomena aliran viscous dan non-viskous di penjelasan sebelumnya.

9. Fluida Newtonian vs. non-Newtonian

10

Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah tegak lurus dengan bidang geser.

Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk.

Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat).

Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu.

.

B. Proses Matematis

11

Faktor yang mempengaruhi aliran laminar dan turbulen adalah bilangan Reynolds.  Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersiaterhadap gaya viskos yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling penting dalam mekanika fluida dan digunakan, seperti halnya dengan bilangan tak berdimensi lain, Untuk memberikan kriteria untuk menentukan dynamic similitude. Jika dua pola aliran yang mirip secara geometris, mungkin pada fluida yang berbeda dan laju alir yang berbeda pula, memiliki nilai bilangan tak berdimensi yang relevan, keduanya disebut memiliki kemiripan dinamis.

Dengan :  vs - kecepatan fluida, L - panjang karakteristik, μ - viskositas absolut fluida dinamis, ν - viskositas kinematik fluida: ν = μ / ρ, ρ - kerapatan (densitas) fluid 

Compressible jika ada perubahan besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida compressible adalah: udara, gas alam, dll Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan (Compressible) adalah sebagai berikut:

Incompressible jika tidak berubahan besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida incompressible adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dllBentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak termampatkan(Incompressible) adalah sebagai berikut:

dengan :v = kecepatan fluidag = percepatan gravitasi bumih = ketinggian relatif terhadap suatu referensip = tekanan fluidaρ = densitas fluida

BAB III

12

PENUTUP

Kesimpulan

Dari yang kita baca di atas, bahwa kita dapat mendefinisikan aliran-aliran

fluida dalam lingkungan sekitar kita. Misalnya mulai dari aliran air yang deras sampai yang

lambat. Dan dapat kita ketahui juga nama-nama aliran yang ada hambatannya terhadap

kecepatan aliran air tersebut. Kemudian dari penjelasan diatas juga kita dapat mengetahui

kekentalan air yang menghambat aliran fluida tersebut. Contoh pada aliran flida yang

menghambat aliran fluida adalah minyak goreng, oli, dan cairan-cairan kental lainnya.

Kemudian kita dapat menjelaskan kepada orang yang belum mengerti tentang aliran

fluida yang ada dalam lingkungan hidupnya, contoh air yang ada disawah, aliran air yang ada

dikampung contohnya yang ada dijurang, di sekitar pegunungan dan lain-lain

Daftar Pustaka :

http://mechanicals.wordpress.com/2014/03/23/macam-macam-aliran-fluida/

13

http://www.slideshare.net/ayufatimahzahra/dinamika-fluida

http://arandityonarutomo.blogspot.com/2012/04/aliran-laminar-dan-aliran-turbulen-pada.html

https://felia21.wordpress.com/tag/compressible-flow/

Lampiran

14

15

16