Pertemuan 1

PENDAHULUAN

Konsep Mekanika Fluida dan Hidrolika

1

OLEH : ENUNG, ST.,M.Eng

JURUSAN TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2011

SILABUSPERTEMUAN MATERI METODE

I -PENDAHULUAN

-DEFINISI FLUIDA

-SIFAT-SIFAT FLUIDA

-DIMENSI DAN SISTEM SATUAN

-CERAMAH

-DISKUSI

2 -TEKANAN FLUIDA

-ALAT UKUR MANOMETER

-CERAMAH

-LATIHAN SOAL

3 -HIDROSTATIK PADA BIDANG VERTIKAL

-HIDROSTATIK PADA BIDANG HORIZONTAL

-HIDROSTATIK PADA BIDANG MIRING

-HIDROSTATIK PADA BIDANG LENGKUNG

-CERAMAH

-LATIHAN SOAL

-HIDROSTATIK PADA BIDANG LENGKUNG

4 -KLASIFIKASI ALIRAN

-PRINSIP DASAR ALIRAN

-PERSAMAAN KONTINUITAS, ENERGI DAN

-PERSAMAAN MOMENTUM

-ALIRAN MELALUI VENTURY METER

-ALIRAN MELALUI ORIFICE

-CERAMAH

-LATIHAN SOAL

5 -ALIRAN MELALUI TABUNG PITOT

-KEHILANGAN TINGGI TEKAN MAYOR DENGAN METODE

DAREY, MANNING, DAN STRICKLER

-KEHILANGAN TINGGI TEKAN MINOR DENGAN METODE

DARCY, MANNING, DAN STRICKLER

-CERAMAH

-QUIZ

6 UTS

7 PRAKTIKUM PRAKTIKUM DI LAB HIDROLIKA

PERTEMUAN MATERI METODE

8 -PRAKTIKUM PRAKTIKUM DI LAB

HIDROLIKA

9 -ALIRAN DALAM PIPA TUNGGAL

-ALIRAN DALAM PIPA SERI

-ALIRAN DALAM PIPA PARALEL

-ALIRAN PIPA BERCABANG

-CERAMAH

-LATIHAN SOAL

10 -KLASIFIKASI ALIRAN

-TIPE ALIRAN

-KONDISI ALIRAN

-JENIS SALURAN TERBUKA GEOMETRI SALURAN

-DISRIBUSI KECEPATAN DAN PENGUKURAN KECEPATAN

-CERAMAH

-LATIHAN SOAL

11 -ENERGI ALIRAN -CERAMAH

3

11 -ENERGI ALIRAN

-ENERGI SPESIFIK

-MOMENTUM PADA SALURAN TERBUKA

-ALIRAN KRITIS

-CERAMAH

-LATIHAN SOAL

12 -ALIRAN SERAGAM

-RUMUS PENGALIRAN DENGAN METODE CHEZY DAN MANNING

-ALIRAN BERUBAH LAMBAT LAUN

-PERSAMAAN DINAMIS KARAKTERISTIK DAN KLASIFIKASINYA

-CERAMAH

-LATIHAN SOAL

13 -PENGUKURAN DEBIT ALIRAN PADA SALURAN TERBUKA

-ALIRAN MELALUI PINTU SORONG

-ALIRAN MELALUI AMBANG

-ALIRAN MELALUI PELIMPAH

-CERAMAH

-QUIZ

PENILAIAN

• TUGAS/QUIZ : 15%

• UTS : 30%

• UAS : 30%

• PRAKTIKUM : 25%• PRAKTIKUM : 25%

4

Objektif Perilaku Siswa

Pada akhir pertemuan ini mahasiswa dapat

menjelaskan definisi fluida,sifat-sifat fluida,

dimensi dan sistem satuan di kelas dengan

tepat dan benar tepat dan benar

5

Outline Materi

- PENDAHULUAN

- DEFINISI FLUIDA

- SIFAT-SIFAT FLUIDA

- DIMENSI DAN SISTEM SATUAN - DIMENSI DAN SISTEM SATUAN

6

DEFINISI

- Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara

terus menerus apabila terkena tegangan geser.

- Gaya geser adalah komponen gaya yang- Gaya geser adalah komponen gaya yang

menyinggung permukaan, dan gaya ini yang dibagi

dengan luas permukaan tersebut

7

MEKANIKA FLUIDA

HIDROLIKA

8

HIDROLIKA SALURAN

TERTUTUP

(PEMIPAAN)

HIDROLIKA SALURAN

TERBUKA

MEKANIKA

FLUIDA

STATIKA DINAMIKA

9

STATIKA

FLUIDA

DINAMIKA

FLUIDA

� Mekanika Fluida : Cabang ilmu mekanika yangmempelajari fluida dalam keadaan diam ataubergerak.

� Mekanika Fluida : Pengembangan dari ilmuhidrodinamika klasik dengan hidrolikahidrodinamika klasik dengan hidrolikaeksperimen.

� Hidrolika Klasik : Aplikasi ilmu matematika untukmenganalisis aliran fluida.

Ilmu ini mempelajari tentang gerak zat cair idealyang tidak mempunyai kekentalan.

10

• Hidrodinamika : ilmu yang mempelajari

tentang gerakan air dan gaya yang

ditimbulkannya

• Hidrolika : ilmu terapan dari hidrodinamika,• Hidrolika : ilmu terapan dari hidrodinamika,

sifatnya empiris.

11

� Hidrolika : Hydor berasal dari bahasa Yunani yaitu cabang ilmu teknik yang mempelajari perilaku air dalam keadaan diam dan bergerak.

� Dalam hidrolika dipelajari :

- aliran pada saluran tertutup- aliran pada saluran tertutup

- Aliran saluran terbuka/ Open channel flow

� Mekanika Fluida : lebih luas; mempelajari perilaku cair dan gas

12

• Pada mekanika fluida : dipelajari perilaku

fluida dalam keadaan diam (statistika fluida)

dan fluida dalam keadaan bergerak (dinamika

fluida).fluida).

13

• Pada statika fluida : Fluida adalam dalam

keadaan diam dimana tidak ada tegangan

geser yang bekerja pada partikel fluida

tersebuttersebut

14

� Dinamika fluida : mempelajari tentang gerak partikel zatcair karena adanya gaya-gaya luar yang bekerja padanya.

� Contoh aplikasi dinamika fluida adalah aliran melalui pipadan saluran terbuka, pembangkit tenaga mekanis padaturbin air, uap dan gas, pompa hidralis dan kompresor, turbin air, uap dan gas, pompa hidralis dan kompresor, gerak pesawat di atmosfer, dan sebagainya.

� Analisis perilaku aliran fluida didasarkan pada hukum dasarmekanika terapan tentang konsevasi massa, energi, momentum, dan beberapa konsep serta persamaan lainnya. Seperti: hukum newton tentang kekentalan, konsep panjang campur (Mixing Length) dan sebagainya.

15

SIFAT-SIFAT FLUIDA1.Kemampatan cairan ( Modulus Elastisitas, E), adalah : Perbandingan perubahan

tekanan satuan terhadap perubahan volume yang terjadi persatuan volume,

satuannya [N/m2].

ΔP

PΔP

V

ΔV

VVvV

air

Keterangan :E = modulus elastisitas air [N/m

2]

∆P = perubahan tekanan [N/m2

]∆V= perubahan volume [m

3]

V = Volume [m3

]

2. Rapat Massa (ρ) adalah massa airpersatuan volume, satuannya adalah [kg/m

3].

Keterangan :ρ = rapat massa [kg/m

3]

m = massa [kg]V = Volume [m

3]

17

3. Berat Jenis /Berat Spesifik (γ) adalah : berat airpersatuan volume atau fungsi langsung dari percepatangrafitasi setempat, satuannya adalah [N/m

3].

Keterangan :γ = berat jenis [N/m

3]

ρ = rapat massa [kg/m3

]

g = grafitasi bumi [= 9,81m/detik2]

4. Rapat relatif (rp rl) adalah bilangan murni yang menunjukkan perbandingan antara massa suatu bendadengan massa air

Keterangan : rp rl = rapat relative suatu zatρs = rapat zat [kg/m

3].

ρa = rapat air [kg/m3

].

5. Kekentalan absolut/dinamik (µ) adalah sifat yang menentukan

18

5. Kekentalan absolut/dinamik (µ) adalah sifat yang menentukan besar daya tahannya terhadap gaya geser, satuannya [Pa.detik].

s

s

ds

v

F

vdv

Lempengan diam

Lempengan bergerak

Gambar 1.2 Lempengan pelat Newton

Keterangan : τ = tegangan geser [N/m

2=Pa]

dv = perubahan kecepatan [m/detik]ds = perubahan jarak [m]µ = kekentalan absolut/dinamik [Pa.detik]

6. Kekentalan kinematik (ν) adalah perbandingankekentalan absolut/dinamik dengan kerapatan massa,satuannya [m

2/detik].

ρµν =

Keterangan : µ = kekentalan absolut/dinamik [Pa.detik]ρ = rapat massa [kg/m

3]

ν = kekentalan kinematik [m2

/detik]

19

7. Tarikan Permukaan (σ), adalah kerja yang harus dilakukan untuk membawa molekul dari dalam cairan ke permukaan , satuannya adalah [N/m]

Air Air raksa

udara

Gambar . Tarikan Permukaan pada air dan air raksa

8. Kapilaritas, adalah naik/turunnya cairan dalam suatu tabung

kapiler (zat yang berpori) yang disebabkan oleh tarikan

permukaan, adhesi dan kohesi.

Contoh : Contoh :

Aliran air tanah, batu bata yang direndam dalam air, dll.

20

DIMENSI DAN SATUAN

• Dimensi : besaran terukur, yang menunjukkankarakteristik suatu obyek,

seperti: massa, panjang, waktu, temperatur,dan sebagainya.dan sebagainya.

• Satuan adalah suatu standar untuk mengukur ‘dimensi’.

Misalnya: satuan untuk: massa, panjang dan waktu adalah kilogram (Kg), meter (m) dan

detik (dt).

21

• Di Indonesia masih sering digunakan sistem satuan MKS, dimana ukuran dasar untuk:

– Panjang : m

– Massa : kg

– Waktu : detik

• Satuan yang diturunkan dari satuan-satuan • Satuan yang diturunkan dari satuan-satuan tersebut di atas antara lain :

– Gaya : Newton

– Volume : m3

– Percepatan : m/det2

– Tekanan : N/m2 = Paskal (Pa)

– Energi/Kerja : Nm = Joule (J)

22

Aplikasi Hukum Newton II

• Mempelajari/ menjelaskan semua gerak yang ada di alam yang

menyatakan bahwa laju perubahan momentum (massa ‘m’ x kecepatan

‘v’) adalah berbanding langsung dengan gaya yang bekerja dan dalam arah

yang sama dengan gaya tersebut.

apabila; m =konstan, maka gaya akan sebanding dengan perkalian antara

massa dan laju perubahan kecepatan (v), yaitu percepatan (a);

23

• Dalam sistem MKS, satuan massa adalah kilogram massa

(Kgm). Satuan gaya adalah kilogram gaya (Kgf).

• Kedua satuan tersebut mempunyai hubungan dalam bentuk:• Kedua satuan tersebut mempunyai hubungan dalam bentuk:

24

• Selain sistem satuan Mks, digunakan juga bahasa satuan

internasional tunggal yang disebut System International Unite

(SI).

• Pada sistem SI : satuan massa adalah Kilogram, Satuan gaya

adalah Newton (N)adalah Newton (N)

• 1 (satu) Newton adalah gaya yang bekerja pada benda dengan

massa 1 Kg dan menimbulkan percepatan 1 m/d2.

25

Konversi satuan gaya antara sistem MKS dan SI

26

Faktor konversi dari sistem satuan Mks ke SI:

27

Contoh :

Berapakah gaya yang bekerja yang harus diberikan pada benda dengan

massa 100 Kg dan percepatan 10m/d2.

Penyelesaian:

Dihitung berdasarkan hukum Newton II:

28