modul mekanika fluida -...

JURUSAN TEKNIK MESIN PROGRAM STUDI D-IV PRODUKSI DAN PERAWATAN

------------------------------------------------------------------------

i

MODUL Mekanika

Fluida

Oleh : Silvy Dollorossa Boedi, ST., MT

MODUL MEKANIKA FLUIDA

POLITEKNIK NEGERI MANADO

JURUSAN TEKNIK MESIN

PROGRAM STUDI D-IV PRODUKSI DAN PERAWATAN

2019


------------------------------------------------------------------------

ii

MODUL Mekanika

Fluida

LEMBAR PENGESAHAN

MODUL MEKANIKA FLUIDA

Oleh :

Silvy Dollorossa Boedi, ST., MT

NIP. 19750202 200801 2 019

Manado, Februari 2019

Menyetujui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Program Studi D-IV

Produksi dan Perawatan

Ir. Leonard Tawalujan, MT NIP. 19580105 199009 1 001

Moody Tumembow, ST., MT NIP. 19631111 199203 1 001

Mengetahui,

Wakil Direktur Bidang Akademik,

Dra. Maryke Alelo, MBA

NIP. 19641213 199103 2 001


------------------------------------------------------------------------

iii

MODUL Mekanika

Fluida

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena dengan

penyertaan dan tuntunannya maka saya dapat menyelesaikan modul Mekanika Fluida

ini.

Modul pembelajaran adalah bahan ajar yang disusun secara sistematis dan

menarik yang mencakup isi materi, metode dan evaluasi yang dapat digunakan mandiri

untuk mencapai kompetensi yang diharapkan (Anwar, 2010). Dengan adanya modul

mata kuliah Mekanika Fluida, mahasiswa dapat belajar individual secara aktif tanpa

tutorial dari dosen, sehingga membuka kesempatan bagi mahasiswa untuk maju menurut

kemampuannya dan lebih aktif.

Ilmu Mekanika fluida bagi mahasiswa Program Studi D-IV Teknik Mesin Produksi

dan Perawatan memiliki tujuan agar mahasiswa mampu mengetahui dan menjelaskan

pengertian dan sifat-sifat fluida dengan berbagai besaran atau variable yang terkait

dengan kondisi fluida diam (statis) maupun fluida bergerak (dinamis) serta aliran fluida

dalam pipa. Dengan mempelajari mekanika fluida, membantu mahasiswa mengendalikan

dan memanfaatkan pengaruh dari aliran fluida dalam kehidupan masyarakat dengan cara

memahami secara kualitatif dan menganalisis secara kuantitatif pada saat perancangan

proses mesin.

Modul Mekanika Fluida, berisikan materi yang disusun secara sistematis

berdasarkan Rencana Pembelajaran Semester (RPS). Modul dilengkapi evaluasi berupa

latihan soal dan dalam beberapa sub materi, ada praktikum sederhana yang dapat

dilakukan mahasiswa. Teori yang dikembangkan lewat pengamatan dengan

menggunakan model dalam praktikum, diharapkan dapat bermanfaat yaitu dengan

memperhitungkan metode-metode praktikum serta gejala-gejala dan perilaku fluida yang

terjadi. Praktikum mekanika Fluida dapat digunakan untuk mengadakan pendekatan

antara hasil perhitungan dengan kemungkinan yang terjadi. Di samping itu juga

digunakan untuk memberikan visualisasi semua analisa yang telah dikembangkan

peralatan untuk penyelidikan perilaku fluida yang didapat dari teori-teori yang telah ada.


------------------------------------------------------------------------

iv

MODUL Mekanika

Fluida

Perilaku fluida tersebut digunakan untuk menentukan gaya pancaran air,

kekentalan fluida, energi pada fluida, aliran dalam pipa, aliran pada saluran terbuka dan

aliran melalui bendung.

Dengan selesainya modul ini, maka pada kesempatan ini saya sampaikan terima

kasih kepada Bapak Direktur Politeknik Negeri Manado, Bapak Ir. Evert M. Slat, MT

beserta Wakil Direktur lebih khusus Wakil Direktur Bidang Akademik Ibu Dra. Mareyke

Alelo, MBA, dan Pimpinan Jurusan Teknik Mesin, khususnya Ketua Jurusan Ir. Leonard

Tawaluja, MT, yang memberi kesempatan kepada saya untuk menyusun modul

Mekanika Fluida ini.

Manado, Februari 2019

Silvy Dollorossa Boedi, ST., MT


------------------------------------------------------------------------

v

MODUL Mekanika

Fluida

PETA KEDUDUKAN MODUL

MEKANIKA FLUIDA

PENGERTIAN

DAN SIFAT-

SIFAT FLUIDA K

A

L

I

B

R

A

S

I

S

E

K

A

T

U

K

U

R

K

FLUIDA

STATIS K

A

L

I

B

R

A

S

I

S

E

K

A

T

U

K

U

R

K

A

FLUIDA DINAMIS

K

A

L

I

B

R

A

S

I

S

E

K

A

T

U

K

U

R

K

A

ALIRAN

FLUIDA

DALAM PIPA K

A

L

I

B

R

A

S

I

S

E

K

A

T

U

K

U

R

K


------------------------------------------------------------------------

vi

MODUL Mekanika

Fluida

DAFTAR ISI

I. PENGERTIAN DAN SIFAT-SIFAT FLUIDA .......................................................... 1

1. Definisi Fluida ........................................................................................................ 1

2. Dimensi dan Satuan ............................................................................................... 3

3. Sifat-sifat Fluida .................................................................................................... 6

II. FLUIDA DIAM (STATIS) .......................................................................................... 10

1. Distribusi Tekanan Dalam Cairan dan Pengukuran Tekanan

2. Gaya Apung ............................................................................................................ 15

3. Persamaan Kontinuitas ......................................................................................... 21

4. Persamaan Bernoulli .............................................................................................. 24

III. FLUIDA BERGERAK (DINAMIS) ......................................................................... 28

1. Persamaan Momentum ......................................................................................... 28

2. Persamaan Energi ................................................................................................... 30

IV. ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA ........................................................................... 34

1. Kerugian Dalam Pipa ............................................................................................ 34

(Diagram Moody, Kerugian Mayor dan Minor, hea d Pompa)


------------------------------------------------------------------------

vii

MODUL Mekanika

Fluida

1.1. 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 :

Gambar 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).

Mekanika Fluida dan Lingkup Penerapannya.

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 :

- Hukum kekekalan massa (hukum kontinyuitas)

- Hukum kekekalan energi (hukum Thermodinamika I)

- Hukum kekekalan momentum (perubahan momentum dan impuls)

I. PENGERTIAN DAN

SIFAT-SIFAT FLUIDA


------------------------------------------------------------------------

viii

MODUL Mekanika

Fluida

Penggunaan atau penerapan dari mekanika fluida antara lain adalah pada :

- 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.

- 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 ).

- 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.

- 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 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 prinsip-prinsip mekanika fluida

dalam kehidupan sehari- hari baik di dalam dunia industri maupun dalam rumah tangga.


------------------------------------------------------------------------

ix

MODUL Mekanika

Fluida

1.2. 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 1.1. Besaran pokok dan satuannya dalam berbagai sistim satuan

Catatan : pada tahun 1967 satuan ( o K) diganti menjadi (K)

Besaran Dimensi BG SI

US Incon Metric Metric

sistent cgs mks

Massa M Slug kg Lbm g kg

Panjang L Ft m ft cm m

Waktu T Dt dt dt dt dt

Temperatur Ѳ o R K o R K K

Gaya F Lb N lb dyne Kgf


------------------------------------------------------------------------

x

MODUL Mekanika

Fluida

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 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.


------------------------------------------------------------------------

xi

MODUL Mekanika

Fluida

Tabel 1.2. Besaran- besaran turunan dan satuannya dalam sistim satuan BG dan SI

Besaran Notasi Dimensi

Satuan pada

sistim BG

Satuan pada

sistim SI

Luas

L2

ft2

m2

A

Kecepatan

u atau v

LT-1

ft/dt (=fps)

m/dt

Percepatan a LT-2 ft/dt2

m/dt2

Volume V L3 ft3

m3

Kerapatan ML-3 slug/ft3

kg/m3

Berat Jenis FL-3 lb/ft3 (=pcf) N/m3

Tekanan P FL-2 lb/in2 (=psi) N/m2

Viskositas FTL-2 lb.dt/ ft2

N.dt/m2

Viskositas

L2 T-1

ft2/dt

m2/dt

Kinematis

Daya P FL T-1 ft.lb/dt N.m/dt (=Watt)

Laju Aliran Q L3 T-1 ft3/dt (=cfs) m3/dt

Energi E FL ft.lb N.m (=J)

Frekuensi F T-1 cycle/dt (=dt-1) Hz (=hertz= dt-1)


------------------------------------------------------------------------

xii

MODUL Mekanika

Fluida

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.

1.3. Sifat-sifat Fluida


------------------------------------------------------------------------

xiii

MODUL Mekanika

Fluida

CONTOH SOAL


------------------------------------------------------------------------

xiv

MODUL Mekanika

Fluida

Sebuah tangki air sementara akan dipasang pada sebuah struktur baja,

dengan ukuran tangki 1,5m x 1,5m x 1m. Hitunglah gaya ke bawah

maksimum pada struktur.

Penyelesaian :

Volume tangki = X x Y x Z

= 1,5 x 1,5 x 1

= 2,25 m3

Massa (m) air ketika tangki terisi penuh :

m = volume x massa jenis

= 2,25 x 1000

= 2250 kg

Berat air, W = massa x grafitasi

= 2250 x 9,81

= 22072 N = 22,07 kN Gaya maksimum pada struktur baja


------------------------------------------------------------------------

xv

MODUL Mekanika

Fluida

LATIHAN SOAL

Good luck

1. Balon udara panas berdiameter 5 meter. Untuk

meniup balon digunakan sebuah blower kecil dan gas

burner. Jika volume spesifik dari udara panas asalah

0,9 m3/kg, berapakah berat udara dalam balon ?

Jelaskan, mengapa balon dapat terbang di udara

atmosfer ?

2. Pada sebuah pemurnian minyak, minyak diesel

mengalir melalui pipa yang berdiameter 30 cm pada

laju 700 m3/jam. Jika viskositas kinematik minyak

adalah 2,4 x 10-5 m2/detik, tentukanlah aliran

idealnya.


------------------------------------------------------------------------

xvi

MODUL Mekanika

Fluida

2.1. Distribusi Tekanan Dalam Cairan dan Pengukuran Tekanan

II. FLUIDA DIAM (STATIS)


------------------------------------------------------------------------

xvii

MODUL Mekanika

Fluida


------------------------------------------------------------------------

xviii

MODUL Mekanika

Fluida


------------------------------------------------------------------------

xix

MODUL Mekanika

Fluida


------------------------------------------------------------------------

xx

MODUL Mekanika

Fluida


------------------------------------------------------------------------

xxi

MODUL Mekanika

Fluida

2.2. Gaya Apung

Gambar 2.1. Benda yang mengapung, melayang, tenggelam


------------------------------------------------------------------------

xxii

MODUL Mekanika

Fluida


------------------------------------------------------------------------

xxiii

MODUL Mekanika

Fluida

Materi Praktikum : BOUYANCY (Gaya Apung)

I. PENDAHULUAN

Menurut Archimedes, besarnya tekanan ke atas fluida terhadap benda, ekuivalen

dengan berat benda yang dipindahkan oleh fluida tersebut, seperti terlihat pada gambar berikut :

FB = ∫ 𝜌. 𝑔. (ℎ1 − ℎ2) ∫ 𝑎

= ∫ 𝜌. 𝑔. ℎ ∫ 𝑎

= ρ.g.V (Berat volume fluida yang dipindahkan)

Sedangkan kerapatan massa dari fluida didasarkan pada rumus :

ρ = 𝑚

𝑣 (density fluida) dalam kg/m3 atau g/cm3

II. TUJUAN PRAKTIKUM

- Untuk mempelajari tekanan ke atas fluida terhadap benda terapung

- Untuk menentukan kerapatan (density) dari bermacam fluida

III. ALAT DAN BAHAN

Alat :

- Tangki atau wadah untuk menampung fluida

- Gelas ukur dalam berbagai ukuran

- Piknometer untuk mengukur density dari fluida

- Timbangan digital

Bahan :

- Air

- Bahan – bahan lain yang ditetapkan

-


------------------------------------------------------------------------

xxiv

MODUL Mekanika

Fluida

IV. CARA KERJA

a. Menentukan tekanan ke atas fluida terhadap pengaruh benda

- Timbang dan tentukan volume benda yang diamati

- Isi tangki dengan air sampai mencapai batas maksimum

- Tampung air yang tumpah dari tangki dan tentukan volumenya

- Ulangi langkah di atas untuk jenis benda yang berbeda

b. Menentukan density dari fluida

- Timbang berat piknometer

- Isi piknometer dengan air sampai penuh, kemudian timbang beratnya

- Berat air dapat dihitung dari selisih antara berat piknometer plus air dikurang berat

piknometer

- Dari perbandingan antara berat air dengan volume air, maka didapat density dari air

tersebut

- Ulangi langkah diatas untuk jenis fluida lainnya

Data Hasil Pengamatan

No Nama Benda Massa (kg) Δh1 (m) Δh2 (m)

Keterangan :

Diameter tabung kecil (d1) : 0,008 m

Diameter tabung besar (d2) : 0,2 m


------------------------------------------------------------------------

xxv

MODUL Mekanika

Fluida

No Berat fluida + piknometer Berat fluida T (oC)

Berat fluida = (berat fluida + piknometer) – (berat piknometer)


------------------------------------------------------------------------

xxvi

MODUL Mekanika

Fluida

Ayo….semangat dikerjakan,

Setelah tabel pengamatan di isi, lakukan perhitungan dibawah :

Perhitungan :

a. Volume benda tenggelam = Δh1 . A1 + Δh2. A2

b. Massa Jenis benda , ρ = 𝒎

𝒗

c. Gaya Apung (GA) = ρair x g x Vtotal

d. Berat benda (W) = m x g

e. Kerapatan relative (KR) = 𝒎.𝒈

𝑮𝑨

f. Berat besi yang ditambahkan

a. Tomat tenggelam

- BJ besi = 𝒎.𝒈

𝑽 = ρbesi x g

- Volume besi yang ditambahkan

Vtomat . ρtomat + Vbesi . ρbesi = (Δh2 (A1+A2) ρair)tomat + (Δh2(A1+A2)ρair)besi

- Berat besi yang ditambahkan, w = BJ x Vbesi

- Massa besi (m) = w/g

- Volume air minimum besi untuk mengapung, 𝑽 = 𝒘

𝝆.𝒈

b. Bahan lain (idem)

g. Density

Jenis fluida Berat Fluida Volume Fluida (m3) 𝝆 = 𝒎/𝒗


------------------------------------------------------------------------

xxvii

MODUL Mekanika

Fluida

2.3. Persamaan Kontinuitas

Pada saat Anda akan menyemprotkan air dengan menggunakan selang, Anda

akan melihat fenomena fisika yang aneh tapi nyata. Ketika lubang selang

dipencet, maka air yang keluar akan menempuh lintasan yang cukup jauh.

Sebaliknya ketika selang dikembalikan seperti semula maka jarak pancaran air

akan berkurang. Fenomena fisika tersebut dapat dijelaskan dengan mempelajari

bahasan tentang persamaan kontinuitas berikut. Persamaan kontinuitas

menghubungkan kecepatan fluida di suatu tempat dengan tempat lain. Sebelum

menurunkan hubungan ini, Anda harus memahami beberapa istilah dalam

aliran fluida. Garis alir (stream line) didefinisikan sebagai lintasan aliran fluida

ideal (aliran lunak). Garis singgung di suatu titik pada garis alir menyatakan

arah kecepatan fluida. Garis alir tidak ada yang berpotongan satu sama lain.

Tabung air merupakan kumpulan dari garis-garis alir. Pada tabung alir, fluida

masuk dan keluar melalui mulut-mulut tabung. Fluida tidak boleh masuk dari

sisi tabung karena dapat menyebabkan terjadinya perpotongan garis-garis alir.

Perpotongan ini akan menyebabkan aliran tidak lunak lagi.

Misal terdapat suatu tabung alir seperti tampak pada Gambar diatas. Air masuk

dari ujung kiri dengan ke cepatan v1 dan keluar di ujung kanan dengan

kecepatan v2. Jika kecepatan fluida konstan, maka dalam interval waktu Δt

fluida telah menempuh jarak Δs1 = v1 x Δt . Jika luas penampang tabung kiri A1

maka massa pada daerah yang diarsir adalah:

http://4.bp.blogspot.com/-X0M8p7XtPp8/VmLFbZRJtBI/AAAAAAAAAUQ/LqC5-Q2xsjU/s1600/r1.png

http://3.bp.blogspot.com/-2NRu9-vaEQk/VmLGOdpaFWI/AAAAAAAAAUo/DbDW5uEbTyo/s1600/r2.png


------------------------------------------------------------------------

xxviii

MODUL Mekanika

Fluida

Demikian juga untuk fluida yang terletak di ujung kanan tabung, massanya

pada daerah yang diarsir adalah :

Karena alirannya lunak (steady) dan massa konstan, maka massa yangmasuk

penampang A1 harus sama dengan massa yang masuk penampang A2. Oleh

karena itu persamannya menjadi:

Persamaan di atas dikenal dengan nama persamaan kontinuitas. Karena fluida

inkonpresibel (massa jenisnya tidak berubah), maka persamaan menjadi:

Menurut persamaan kontinuitas, perkalian luas penampang dan kecepatan

fluida pada setiap titik sepanjang suatu tabung alir adalah konstan. Persamaan

di atas menunjukkan bahwa kecepatan fluida berkurang ketika melewati pipa

lebar dan bertambah ketika melewati pipa sempit. Itulah sebabnya ketika orang

berperahu disebuah sungai akan merasakan arus bertambah deras ketika

sungai menyempit. Perkalian antara luas penampang dan volume fluida (A × v)

dinamakan laju aliran atau fluks volume (dimensinya volume/waktu). Banyak

orang menyebut ini dengan debit (Q = jumlah fluida yang mengalir lewat suatu

penampang tiap detik). Secara matematis dapat ditulis:

http://2.bp.blogspot.com/-QlflouPFhs0/VmLGe5eAi-I/AAAAAAAAAUw/72tgGWzkG00/s1600/r3.png

http://4.bp.blogspot.com/-9jMJtvB94ak/VmLGrfvSPhI/AAAAAAAAAU4/30ERxMQJzxk/s1600/a23456.png

http://2.bp.blogspot.com/-laMeI2ZqI3Y/VmLG6soxAWI/AAAAAAAAAVA/wQwaDeVldzs/s1600/r4.png

http://2.bp.blogspot.com/-b5kRzfKs88g/VmLHGsRfLzI/AAAAAAAAAVI/GgkIpOzhSQ0/s1600/r5.png


------------------------------------------------------------------------

xxix

MODUL Mekanika

Fluida

Contoh Soal

http://3.bp.blogspot.com/-ThHM4sVKOQQ/VmLHfdlCoXI/AAAAAAAAAVQ/4wlGAb___Eo/s1600/r6.png

http://4.bp.blogspot.com/-NYx_dHuEfBc/VmLJ5ylDVzI/AAAAAAAAAVc/E836SPE4QPw/s1600/57.png


------------------------------------------------------------------------

xxx

MODUL Mekanika

Fluida

2.4. Persamaan Bernoulli

Perhatikan gambar diatas, Ketika mencoba menutup lubang selang di mana air sedang

mengalir ke luar, apa yang Anda rasakan? Anda tentu merasakan gaya dorong (tekanan)

dari air tersebut. Hal yang mirip terjadi ketika Anda berdiri di tengah angin yang cukup

besar. Di sini udara yang bergerak mengerjakan gaya tekan pada tubuh Anda. Kedua

peristiwa di atas menunjukkan bahwa fluida yang bergerak dapat menimbulkan tekanan.

Besarnya tekanan akibat gerakan fluida dapat dihitung dengan konsep kekekalan energi

atau prinsip usaha dan energi. fluida yang massa jenisnya ρ dialirkan ke dalam pipa dengan

penampang yang berbeda. Tekanan p1 pada penampang A1 disebabkan oleh gaya F1 dan

tekanan p2 disebabkan oleh gaya F2. Gaya F1 melakukan usaha sebesar w1 = F1s1 dan F2

melakukan usaha sebesar w2 = -F2 s2. Tanda negatif menyatakan bahwa gaya yang bekerja

ke arah kiri, sedangkan perpindahan ke arah kanan. Secara matematis dapat ditulis

sebagai berikut.

http://1.bp.blogspot.com/-YYpPLeojse8/VmLamjs9ZTI/AAAAAAAAAYc/syH4s5QFeYM/s1600/r56.png

http://3.bp.blogspot.com/-cQOfeH4CTUk/VmLdTRUJxQI/AAAAAAAAAY4/8xqmkFVHMDc/s1600/r91.png


------------------------------------------------------------------------

xxxi

MODUL Mekanika

Fluida

PENERAPAN

Penerapan Asas Bernoulli

Beberapa peristiwa atau alat yang menerapkan prinsip hukum Bernoulli, antara

lain, tangki berlubang (penampungan air), alat penyemprot (obat nyamuk dan

parfum), karburator, venturimeter, tabung pitot, dan gaya angkat pesawat

terbang.

http://3.bp.blogspot.com/-4dKJYRwrB28/VmLdYIMrDXI/AAAAAAAAAZA/AuifUNTbz9U/s1600/r59.png

http://3.bp.blogspot.com/-jKBm9OaVTVs/VmLdmUskBTI/AAAAAAAAAZI/IC4-AvLdYe8/s1600/r60.png

http://3.bp.blogspot.com/-0mRrW3dDIMs/VmLdtEa1a5I/AAAAAAAAAZQ/Do7JuAGpeeE/s1600/r61.png

http://1.bp.blogspot.com/-9U1UBfvw5ug/VmLd1dzxlKI/AAAAAAAAAZY/IgqQWRvSALg/s1600/r62.png


------------------------------------------------------------------------

xxxii

MODUL Mekanika

Fluida

Contoh Soal

http://1.bp.blogspot.com/-aEKLgr5umDU/VmLd7R7TO-I/AAAAAAAAAZg/wy7WMuLQEHk/s1600/r63.png

http://2.bp.blogspot.com/-lWnL4uSVx4M/VmLePv3A7HI/AAAAAAAAAZo/qP8X75sCugY/s1600/r90.png


------------------------------------------------------------------------

xxxiii

MODUL Mekanika

Fluida

Latihan Soal

1. Air laut mengalir melaui sebuah pipa reducer,

Seperti ditunjukkan dalam gambar. Diameter penampang 1 adalah 50 cm dan

diameter penampang 2 adalah 25 cm. Jika kecepatan rata-rata fluida pada

penampang 1 adalah 0,5 m/dettik, carilah kecepatan pada penampang 2 ?

V1 V2

2. Pada suatu industry kimia digunakan tabung U sebagai siphon untuk menguras

tangki asam. Jika diameter tabung U adalah 10 mm, tentukanlah laju keluaran dan

tekanan terendah dalam tabung. Spesifik gravity dari asam adalah 1,05

0, 5 m

2 m

Tangki

datum


------------------------------------------------------------------------

xxxiv

MODUL Mekanika

Fluida

III. FLUIDA BERGERAK (DINAMIS)

3.1. Persamaan Momentum


------------------------------------------------------------------------

xxxv

MODUL Mekanika

Fluida


------------------------------------------------------------------------

xxxvi

MODUL Mekanika

Fluida

3.2. Persamaan Energi

Energi mekanik adalah energi yang dimiliki benda karena sifat geraknya. Energi mekanik terdiri

dari energi potensial dan energi kinetik.

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya terhadap suatu acuan.

Contohnya adalah sebutir kelapa yang ada di atas pohon. Jika diberi gaya, maka buah kelapa itu

akan jatuh. Kelapa yang jatuh memiliki energi.dengan kata lain, kelapa dapat melakukan kerja.

Apabila kita berdiri di bawah pohon kelapa, kepala kita akan terasa sakit ketika tertimpa kelapa

yang jatuh, sedangkan kelapa yang tergeletak di tanah tidak dapat melakukan kerja.

Energi potensial akan bertambah besar ketika letak benda terhadap titik acuan semakin

besar. Kelapa yang ada di cabang rendah energi potensialnya lebih rendah daripada kelapa yang

terletak di cabang yang tinggi. Kelapa memiliki energi potensial karena adanya pengaruh gaya

gravitasi bumi. Oleh karena itu, energi ini disebut energi potensial gravitasi. Jadi, energi potensial

gravitasi adalah energi yang dimiliki benda karena ketinggiannya terhadap suatu bidang datar

sebagai acuan, misalnya lantai atau tanah. Makin tinggi letak benda terhadap titik acuan, maka

energi potensialnya semakin besar.

Persamaannya : Ep = m g h

Ep = energi potensial gravitasi (J)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (N/kg)

h = ketinggian benda (m)

Karet ketapel yang kita regangkan juga memiliki energi potensial. Karet ketapel dapat

melontarkan batu karena adanya energi potensial pada karet yang diregangkan. Demikian juga

busur yang ditarik oleh pemanah dapat menggerakan anak panah, karena terdapat energi

potensial pada busur yang diregangkan. Contoh lain adaah pegas yang ditekan atau diregangkan.

Energi potensial pada tiga contoh ini disebut senergi potensial elastik.


------------------------------------------------------------------------

xxxvii

MODUL Mekanika

Fluida

Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Makin besar kecepatan

benda bergerak, maka energi kinetiknya juga akan semakin besar. kembali pada contoh di atas,

kelapa yang terletak di atas pohon memiliki energi potensial yang besar. Namun, saat kelapa

tersebut jatuh ke tanah, energi potensialnya semakin berkurang dan energi kinetiknya bertambah.

Energi dari gerakan itulah yang membuat seseorang merasa sakit apabila tertimpa hantaman

kelapa yang jatuh dari pohonnya.

Energi kinetik dirumuskan sebagai : Ek = ½ m v2

Ek = energi kinetik (J)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda (m/s)


------------------------------------------------------------------------

xxxviii

MODUL Mekanika

Fluida

Contoh Soal


------------------------------------------------------------------------

xxxix

MODUL Mekanika

Fluida

LATIHAN SOAL

1. Dalam suatu system kendali pneumatic, udara bertekanan ditampung

dalam sebuah tangki yang berbentuk silindris yang bertekanan 30 bar.

Massa jenis udara dalam tangki adalah 32 kg/m3. Tentukanlah energi

yang ditampung tiap kilogram udara, jika volume tangki adalah 1,3 m3,

perkirakanlah total energi potensial udara dalam tangki.

2. Pada suatu system pemipaan, air dengan kecepatan rata-rata 0,5

m/detik masuk ke pompa melalui pipa yang berdiameter 100 mm. Jika

system ini beroperasi selama 30 menit, perkirakanlah energi kinetic

dari fluida yang memasuki pompa selama selang waktu ini.


------------------------------------------------------------------------

xl

MODUL Mekanika

Fluida

IV. ALIRAN FLUIDA

DALAM PIPA

4.1. Kerugian Dalam Pipa

Aliran Dalam Pipa

LOSSES

Gambar diatas merupakan ilustrasi pemindahan fluida dari tanki A ke

tanki B yang mempunyai perbedaan ketinggian melalui pipa yang

diantaranya terdapat pompa untuk memindahkan fluida tersebut. Pompa

diberikan untuk memberikan energi untuk memindahkan fluida tersebut.

Pada proses pemindahan fluida tersebut dari tanki A ke tanki B itu

mengalami penurunan energi. Itulah energi yang menghilang,karena

akibat hambatan-hambatan dan akibat gesekan dengan dinding pipa yang

ada pada saluran. Yaitu loses pada Entry loss, Pump, Expansion loss dan

Exit loss.

Ditinjau dari persamaan Bernoulli, analisa dari ilustrasi diatas adalah

sbb:

-Pressure drop adalah tekanan yang hilang.

-Head loss adalah pressure drop yang dinyatakan dalam head,

maka:

http://4.bp.blogspot.com/-S4luvWI7HsU/VpEcn2vmolI/AAAAAAAAApI/4ANJd3Tq4HU/s1600/L1.png


------------------------------------------------------------------------

xli

MODUL Mekanika

Fluida

LOSSES KARENA GESEKAN

Gambar 1. Elemen fluida disebuah pipa

http://3.bp.blogspot.com/-IYyGIeiTQoc/VpEc0h0bJLI/AAAAAAAAApQ/TNEHHClIHP0/s1600/L2.png

http://4.bp.blogspot.com/-acn03qwJToA/VpEdgozoDhI/AAAAAAAAApY/zO_MxtHWPGI/s1600/L3.png

http://1.bp.blogspot.com/-roSkA1iMO5E/VpEdv6kd2wI/AAAAAAAAApg/qG9bxCbdRqY/s1600/L4.png


------------------------------------------------------------------------

xlii

MODUL Mekanika

Fluida

Contoh persamaan yang dipakai untuk menghitung factor gesekan pipa


------------------------------------------------------------------------

xliii

MODUL Mekanika

Fluida


------------------------------------------------------------------------

xliv

MODUL Mekanika

Fluida

Ayoooo diskusikan bersama

P R A K T I K U M

Topik : KEHILANGAN HEAD PADA BERBAGAI PERLAKUAN

I. PENDAHULUAN

Suatu zat dengan kekentalan tertentu akan mengalami kehilangan tenaga pada saat zat cair

tersebut mengalir dalam pipa. Kehilangan tenaga tersebut disebabkan oleh terjadinya gesekan

antara zat cair dengan dinding pipa serta gesekan antara partikel-partikel fluida tersebut.

Kehilangan tenaga tersebut berbanding dengan tinggi kecepatan, sehingga dirumuskan :

hL = KL. 𝑉2

2𝑔 …………………………… (4.1)

dimana : hL = tinggi tenaga yang hilang

KL = koefisien kecepatan

V2 / 2g = tinggi kecepatan

Beberapa kehilangan tenaga ini antara lain :

1. Kehilangan tenaga pada pipa lurus dengan diameter konstan.

Besarnya kehilangan tenaga yang terjadi akibat gesekan antara zat cair dengan dinding pipa,

berbanding lurus dengan factor gesekan f dan panjang pipa l, serta berbanding terbalik dengan

diameter pipa d, sehingga dapat dituliskan :

hL = f. 𝑙

𝑑 .

𝑉2

2𝑔 …………………………….. (4.2)

sedangkan factor gesekan tersebut tergantung pada besarnya bilangan Reynold dan kekasaran

relative pada permukaan pipa.

F = fungsi (Re, ε/d) ………………………… (4.3)

Hubungan antara Re dan ε/d dengan f dapat dilihat pada diagram Moody, seperti pada gambar 1.

2. Kehilangan tenaga pada pipa yang mengalami perubahan penampang

Beberapa perubahan penampang pipa dapat terjadi pada sambungan pipa dengan variasi :

sambungan mengecil siku-siku (menyudut dan tanpa menyudut), sambungan membesar siku-

siku (menyudut dan tanpa menyudut).

Kehilangan tenaga yang terjadi pada perubahan penampang pipa yang berdiameter besar (d1) ke

pipa yang berdiameter kecil (d2) pada sambungan siku-siku (tanpa menyudut) akan terjadi

kontraksi, dengan koefisien konstraksi Cc tergantung pada nisbah A2/A1 dan harga koefisien

kehilangan KL dapat dilihat pada Tabel 4.1.


------------------------------------------------------------------------

xlv

MODUL Mekanika

Fluida

Tabel 4.1. Besarnya Cc dan KL pada berbagai nisbah A2/A1

A2/A1 Cc KL

0,0 0,671 0,50

0,1 0,624 0,46

0,2 0.632 0,41

0,3 0.643 0,36

0,4 0.659 0,30

0,5 0.681 0,24

0,6 0,712 0,18

0,7 0,755 0,12

0,8 0,813 0,06

0,9 0,892 0,02

1,0 1,000 0,00

Gambar 1. Diagram MOODY

Kehilangan tenaga yang terjadi pada perubahan penampang pipa yang berdiameter kecil

(d1) ke pipa berdiameter besar (d2) pada sambungan siku-siku (tanpa menyudut) adelah :

hL = KL . (v1 – v2)2 / 2g …………………………… (4.4)


------------------------------------------------------------------------

xlvi

MODUL Mekanika

Fluida

pada perubahan pipa dari pipa berdiameter kecil (d1) ke pipa berdiameter besar (d2) yang

membentuk sudut, maka besarnya kehilangan tenaga dapat menggunakan persamaan 4.4

dengan nilai K dapat dicari dari grafik pada Gambar 2.

Gambar 2. Besarnya nilai KL pada perubahan penampang pipa yang membentuk sudut

Untuk penyempitan yang berbentuk sudut, seperti gambar 3, dengan penyempitan yang

mulus, maka besarnya kehilangan energy yang terjadi secara teknis dapat diabaikan.

Gambar 3. Grafik hubungan antara sudut belok θ , diameter pipa dan jari-jari pembelokan dengan

besarnya koefisien kehilangan KL

3. Kehilangan tenaga pada belokan pipa

Apabila pipa dengan diameter d, mengalami belokan dengan sudut belok θ dan jari-jari

pembelokan R, maka besarnya koefisien kehilangan KL dapat dicari debngan menggunakan

Gambar 3.


------------------------------------------------------------------------

xlvii

MODUL Mekanika

Fluida

Belokan yang membentuk sudut 900 secara kasar dapat menggunakan koefisien KL sebesar

0,2 (lihat gambar 4.5).

II. TUJUAN PRAKTIKUM

Tujuan praktikum ini adalah besarnya kehilangan head (head loses) pada aliran zat cair

dalam pipa.

III. ALAT DAN BAHAN

- Rangkaian pipa

- Pompa

- Pipa kaca

IV. CARA KERJA

a. Periksa alat – alat yang akan dipakai, apakah sudah dalam keadaan siap

b. Berikan ‘power’ pada pompa listrik, bacalah besarnya kehilangan tenaga (head loses)

dengan berbagai perlakuan pada perangkat alat yang telah terpasang

c. Besarnya kehilangan tenaga (head loses) tersebut dicatat dan cocokkan dengan acuan yang

telah ada

d. Bahaslah hasil pengamatan tersebut.


------------------------------------------------------------------------

xlviii

MODUL Mekanika

Fluida

V. TABEL PENGAMATAN

No Perlakuan Kehilangan Head (mmHg)

1 Sambungan mengecil lurus (2”/ 1”)

2 Sambungan membesar lurus (1”/ 2”)

3 Sambungan mengecil menyudut (2” / 1”)

4 Sambungan membesar menyudut (1” / 2”)

5 Sprinkle besar

6 Sprinkle kecil

7 Belokan 900 (pipa 2”)

8 Seluruh rangkaian

Sambungan mengecil menyudut Belokan 900

Sambungan membesar menyudut Piezometer

Sprinkle kecil

Sprinkle besar

KL = 0,85

V2 = √𝟐𝒉.𝑷/𝝆

𝟏−(𝒅𝟐

𝒅𝟏)𝟒

HL = KL . (𝑽𝟐)𝟐

𝟐𝒈

A1. V1 = A2. V2

KL = 1,15

HL = KL (𝑽𝟐−𝑽𝟏)𝟐

𝟐𝒈

Re = 𝑽𝟏 .𝒅𝟏 .𝝆

𝜼

HL = 𝒇 .𝑳 .𝑽𝟏𝟐

𝒅𝟏 .𝟐𝒈

Re = 𝑽𝟏 .𝒅𝟐 .𝝆

𝜼

HL = 𝒇 .𝑳 .𝑽𝟐𝟐

𝒅𝟐 .𝟐𝒈

KL = 0,2

HL = KL . (𝑽𝟐)𝟐

𝟐𝒈

HL = cmH2O + 74


------------------------------------------------------------------------

xlix

MODUL Mekanika

Fluida

Contoh Soal

Latihan soal, yukkkk

Pipa penyalur dari pompa sentrifugal, diameternya 3,5 cm dan panjangnya 20 m, sebuah

katup fully open gate dan standart 90 degree elbow disambungkan ke rangkaian ini. Minyak

zaitun dengan specific gravity 0,92 harus dipompa dengan debit aliran 4 liter/detik. Ambil f

= 0,032. Carilah rugi total pada sisi keluaran pipa.


------------------------------------------------------------------------

l

MODUL Mekanika

Fluida

modul mekanika fluida -...

Documents