BAB I PENDAHULUAN1.1. Definisi Fluida Fluida adalah suatu zat yang mengalami perubahan bentuk secara kontinyu apabila terkena tegangan geser (shear stress) betapapun kecilnya. Definisi lain mengatakan bahwa fluida adalah zat yang mampu mengalir, sehingga fluida juga sering disebut zat alir. Perhatikan gambar berikut ini :

Gb. 1.1.1. Deformasi akibat gaya geser Bayangkan bahwa ada suatu zat yang diletakkan diantara dua plat. Plat bawah ditahan diam (fixed),dan plat atas diberi gaya geser sebesar F ( F cukup kecil ). Kita tinjau elemen abcd. Sesaat setelah F bekerja pada plat atas, maka elemen abcd berubah bentuk menjadi ab'c'd, dan pada saat selanjutnya akan berubah bentuk lagi secara kontinyu selama F masih bekerja pada pelat atas. Apabila gaya F dihilangkan (removed) maka elemen yang kita tinjau tersebut tidak akan kembali lagi ke bentuk semula (abcd). Semua zat yang mempunyai sifat demikian dapat disebut sebagai fluida (fluid).

1.2. Mekanika Fluida dan Lingkup Penerapannya.

1

Mekanika fluida adalah suatu pengetahuan teknik yang mempelajari tingkah laku fluida baik dalam keadaan diam maupun bergerak. Prinsip-prinsip dasar yang digunakan dalam mekanika fluida adalah : a. Hukum kekekalan massa (hukum kontinyuitas) b. Hukum kekekalan energi (hukum Thermodinamika I) c. Hukum kekekalan momentum (perubahan momentum dan impuls) Penggunaan atau penerapan dari mekanika fluida antara lain adalah pada : a. Pemindahan fluida (fluid transport), dari suatu tempat ke tempat yang lain, contoh: Pasokan air minum Pasokan gas alam Pemipaan zat-zat kimia pada pabrik kimia.

Untuk keperluan ini peralatan yang diperlukan antara lain: pompa, kompresor, pipa-pipa, katub (valves) dll. b. Pembangkit Tenaga Listrik Disini fluida digunakan untuk sarana membangkitkan tenaga listrik. Peralatan yang digunakan adalah: Turbin air (fluidanya air) untuk PLTA (Water power Plant Station), turbin uap (fluidanya uap) untuk PLTU (Steam Power Plant Station), atau turbin gas (fluidanya gas hasil pembakaran) untuk PLTG (Gas Power Plant Station ). c. Pengendalian lingkungan (Environmental Control) Prinsip-prinsip mekanika fluida digunakan dalam perencanaan pengaliran refrigeran di dalam sistim pengkondisian udara, pengaliran air panas ke kamar mandi, pengaliran udara panas masuk ke ruang bakar ketel uap dll. d. Transportasi Perencanaan semua peralatan transportasi baik di darat,laut maupun udara menggunakan prinsip-prinsip mekanika fluida, yaitu terbentuknya garis alir (stream line) sedemikian rupa sehingga gaya yang berlawanan arah dengan arah gerakan kendaraan (drag) dapat diminimalkan . Pada transportasi air (laut), gaya apung (buoyant Force) harus diperhitungkan sebaik mungkin supaya kendaraan stabil dan tidak tenggelam. Pada

2

transportasi udara (pesawat terbang), konstruksi pesawat dan profil dari aerofoil harus direncanakan untuk mendapatkan gaya angkat (lift) yang memadai agar pesawat tidak jatuh. Disamping hal- hal diatas, masih banyak lagi penerapan dari prinsipprinsip mekanika fluida dalam kehidupan sehari- hari baik di dalam dunia industri maupun dalam rumah tangga. 1.3. Dimensi dan Satuan Dimensi dasar yang digunakan dalam mekanika fluida adalah panjang (L), massa (M), waktu (T), temperatur atau suhu ( ), dan gaya (F). Dari dimensi- dimensi dasar tersebut dapat diturunkan menjadi berbagai dimensi atau besaran untuk memenuhi keperluan ilmu teknik, dan disebut besaran turunan (derived dimension), misalnya: kecepatan, percepatan, volume, kerapatan dan lain- lain. Satuan dari besaran- besaran tersebut tergantung dari sistim yang digunakan. Ada beberapa sistim satuan yang digunakan dalam ilmu- ilmu teknik, yaitu: 1. BG (British Gravitational) atau USC (US Costumary) atau sistim British/ Inggris. 2. SI (System Internationale) 3. US Inconsistent 4. Metric, cgs 5. Metric, mks Kita perhatikan satuan dari besaran- besaran pokok dalam berbagai sistim satuan :

Tabel 1.3.1. Besaran pokok dan satuannya dalam berbagai sistim satuan

3

Besaran Massa Panjang Waktu Temperatur Gaya

Dimensi M L T Fo

BG Slug Ft Dt o R Lb

SI kg m dt K N

US Incon sistent Lbm ft dt o R lb

Metric cgs g cm dt K dyne

Metric mks kg m dt K Kgf

Catatan : pada tahun 1967 satuan (

K) diganti menjadi (K)

Dari berbagai sistim satuan diatas, yang paling banyak digunakan adalah sistim SI dan BG. Berbagai besaran turunan dalam sistim SI dan BG ditunjukkan pada tabel 1.3.2 di bawah. Dalam sistim satuan SI, gaya merupakan besaran turunan berbentuk MLT-2, satuannya newton, yaitu gaya yang diperlukan untuk mempercepat benda dengan massa 1 kilogram pada tingkat percepatan 1 meter per detik per detik. 1 N = (1kg)(1m/dt2) Sedangkan pada sistim satuan BG (=USC), gaya merupakan besaran pokok dan massa merupakan turunan (F/a) dan berbentuk FL-1T2, satuannya slug, yaitu suatu massa dimana percepatannya 1 ft per detik per detik pada waktu dikenai gaya sebesar 1lb. Di masyarakat cukup populer atau cukup banyak yang menggunakan kg untuk satuan berat (gaya). Ini adalah kesalahan yang lazim terjadi. Sebenarnya yang dimaksudkan adalah kgf ( satuan gaya berat dalam sistim metrik, mks). Bila seseorang membeli 1 kg gula, maka artinya ia membeli gula dengan massa 1 kg, dan gaya dari 1 kg massa tersebut adalah 1 kgf = (1 kg) (9,81m/dt2) ekuivalen dengan 9,81 N. Karena 1 lb berat mempunyai massa sekitar 0,4536 kg, maka faktor konversinya adalah 1,00/0,4536 = 2,205 lb/kgf. Tabel 1.3.2. Besaran- besaran turunan dan satuannya dalam sistim satuan BG dan SI Besaran Luas Kecepatan Notasi Dimensi A u atau L LT-12

Satuan pada sistim BG ft2 ft/dt (=fps)

Satuan pada sistim SI m2 m/dt

4

Percepatan Volume Kerapatan Berat Jenis Tekanan Viskositas Viskositas Kinematis Daya Laju Aliran Energi Frekuensi

v aV

P

LT-2 L3 ML-3 FL-3 FL-2 FTL-2 L2 T-1 FL T-1 L3 T-1 FL T-1

ft/dt2 ft3 slug/ft3 lb/ft3 (=pcf) lb/in2 (=psi) lb.dt/ ft2 ft2/dt ft.lb/dt ft3/dt (=cfs) ft.lb cycle/dt (=dt-1)

m/dt2 m3 kg/m3 N/m3 N/m2 N.dt/m2 m2/dt N.m/dt (=Watt) m3/dt N.m (=J) Hz (=hertz= dt-1)

P Q E F

Oleh karena itu di dalam ilmu- ilmu teknik kita harus berhati- hati dan konsisten dalam pemakaian konsep massa dan berat, yaitu kg untuk massa dan newton untuk berat atau gaya pada sistim satuan SI, sedangkan dalam sistim satuan BG, slug untuk massa dan lb untuk berat atau gaya. 1.4. Massa (m), dan Berat (W) Massa suatu zat yang dinotasikan dengan m adalah suatu ukuran kelembaman dari zat itu sendiri. Satuan massa adalah: kilogram (kg), slug. Untuk keperluan praktis, 1 kg massa adalah massa dari 1/1000 m3 air suling pada 4o

C. Massa suatu zat tidak berubah dimanapun berada. Berat suatu zat adalah

gaya gravitasi yang bekerja pada massa tersebut. W = m.g ; dengan g = percepatan gravitasi. Satuan berat adalah newton ( = N = kg.m/dt 2) dalam sistim satuan SI, dan lb dalam sistim satuan BG . Berat suatu zat akan berubah bila berada pada daerah dengan percepatan gravitasi yang berbeda. Contoh : Suatu benda di daerah A yang percepatan gravitasinya g = 9.806 m/dt daerah B yang percepatan gravitasinya g = 9,7 m /dt 2 ? Jawab : m = W/g = 10/9,806 kg ; W di B = (10/9,806)(9,7) = 9,892 N 1.5. Skala Tekanan2

mempunyai berat 10 N. Berapa berat benda tersebut seandainya berada di

5

Gb.1.5.1. Skala pengukuran tekanan Standard atmospheric pressure adalah tekanan rata-rata pada permukaan air laut. Untuk titik 2 pabs = pbar + pgage Untuk titik 1 pabs = pbar + (-pgage) = pbar - pgage (1.5.2) (1.5.1)

Tekanan lokal (local atmospheric pressure) diukur dengan barometer air raksa. Contoh: Tekanan atm lokal = 720 mm Hg Tekanan gage = 100 mm Hg Maka tekanan abs = 820 mm Hg Tekanan atm. lokal =720 mm Hg Tekanan absolut = 460 mm Hg Maka tekanan gage = -260 mm Hg = 260 mm Hg vakum (suction).

6

1.6. Suhu (Temperature) Satuan temperatur yang lazim digunakan dalam kehidupan sehari- hari adalaho

C dano

o

F. Hubungannya adalah :9 o ( C) + 32 5

F= C=

o

5 o ( C - 32 ) 9

Sedangkan didalam perhitungan- perhitungan teknik, yang digunakan adalah temperatur absolut, yaitu Kelvin ( K ) untuk sistim satuan SI, dan derajat Rankin ( o R ) untuk sistim satuan BG.o

R=o

o

F + 460

K =

C + 273

7