Mata Kuliah : Mekanika fluida Pertemuan ke : I

Kode Mata Kuliah : Hands Out ke 1

Program Studi :Teknik Mesin Jumlah Halaman

Jurusan :Pendidikan Teknik Mesin Semester III

Fakultas :Teknik Tahun 2012

MEKANIKA FLUIDA ?• DISIPLIN ILMU BAGIAN DARI BIDANG MEKANIKA TERAPAN YANG

MENGKAJI PERILAKU ZAT-ZAT CAIR DAN GAS DALAM KEADAAN DIAM ATAUPUN BERGERAK

• FLUIDA DIDEFENISIKAN SEBAGAI ZAT YANG TERDEFORMASI TERUS MENERUS SELAMA DIPENGARUHI OLEH TEGANGAN GESER.

• FLUIDA TERBAGI DUA : – FLUIDA KOMPRESSIBLE (MAMPU MAMPAT)– FLUIDA INKOMPRESIBLLE (TIDAK MAMPU MAMPAT)

• APA PERBEDAAN BENDA PADAT DAN CAIRAN ?

Weather & ClimateTornadoes

HurricanesGlobal Climate

Thunderstorm

PENERAPAN MEKANIKA FLUIDA

VehiclesAircraft

SubmarinesHigh-speed rail

Surface ships

EnvironmentPOLUSI UDARA

River hydraulics

Geology

Physiology and Medicine

Blood pump

Ventricular assist device

Sports & Recreation

Water sports

Auto racing

Offshore racingCycling

Surfing

METODE ANALISAMETODE ANALISADENGAN SISTEM DAN CONTROL VOLUME

• SISTEM SISTEM : : SEJUMLAH MASSA YANG TETAP DAN DIKETAHUI SEJUMLAH MASSA YANG TETAP DAN DIKETAHUI IDENTITASNYA, YANG DIBATASI DARI SEKELILINGNYA IDENTITASNYA, YANG DIBATASI DARI SEKELILINGNYA OLEH SUATU TAPAL BATAS (BOUNDARY). OLEH SUATU TAPAL BATAS (BOUNDARY).

DIMANA TAPAL BATAS TERSEBUT DAPAT TETAP ATAU BERUBAH, TETAPI MASSA YANG ADA DIDALAMNYA HARUS SELALU TETAP (TIDAK ADA PERPINDAHAN MASSA MENEMBUS BATAS SISTEM

YESYES

ENERGIENERGI

BATAS SISTEM(BOUNDARY)

NO

MASSA

METODE ANALISAMETODE ANALISADENGAN SISTEM DAN CONTROL VOLUME

• CONTROL VOLUME : (CV) CONTROL VOLUME : (CV) ADALAH SEMBARANG VOLUME YANG DIDEFENISIKAN DALAM

SUATU TEMPAT DIMANA FLUIDA MENGALIR MELALUINYA

BATAS CONTROL VOLUME (CV) DISEBUT:CONTROL SURFACE CONTROL SURFACE (CS)(CS)

DAPAT DIAM ATAU BERGERAKDAPAT DIAM ATAU BERGERAK

DAPAT NYATA ATAU IMAJINERCONTROL SURFACE (CS)CONTROL SURFACE (CS)

(CV) (CV)

(CS) (CS)

ALIRANALIRAN

• SETIAP JUMLAH FISIK DAPAT DIGOLONGKAN DALAM DIMENSI.PERUBAHAN BESARAN YANG DIBERIKAN PADA DIMENSI DISEBUT UNIT

• KARAKTERISTIK FLUIDA DAPAT DIGAMBARKAN SECARA KUALITATIF DENGAN BESARAN-BESARAN DASAR TERTENTU SEPERTI PANJANG [L], WAKTU [T] DAN MASSA [M].

DIMENSI DAN UNIT

DIMENSI PRIMER

• SISTEM DIMENSI PRIMER DIGOLONGKAN MENJADI TIGA MACAM :SISTEM DIMENSI PRIMER DIGOLONGKAN MENJADI TIGA MACAM :– MASSA (M), PANJANG (L), WAKTU (t), TEMPERATUR (T)– GAYA (F), PANJANG (L), WAKTU (t), TEMPERATUR (T)– GAYA (F), MASSA (M), PANJANG (L), WAKTU (t), TEMPERATUR (T)

DIMENSI SEKUNDER

• SISTEM DIMENSI SEKUNDER ADALAH DIMENSI YANG DAPAT DIBANGUN/DIBENTUK DARI DIMENSI DIMENSI PRIMER

DIMENSI SEKUNDER

DIMENSI-DIMENSI YANG BERKAITAN DENGAN BESARAN-BESARAN FISIK YG UMUM

SISTEM SISTEM SATUAN

SISTEM SATUANSISTEM GRAVITASI INGGRIS ( BRITISH GRAVITIONAL (BG) SYSTEM

PanjangWaktuGayaTemperaturMassa

Kaki ( ft)Detik (s)Pound (lb)Farenheit ( oF)Slug

SISTEM INTERNASIONAL (SI) PanjangWaktuGayaTemperaturMassa

Meter (m)Detik (s)NewtonKelvin (K)Kilogram (kg)

SISTEM TEKNIK INGGRIS PanjangWaktuGayaTemperaturMassa

Kaki (ft)Detik (s)Pound Rankine (oR)Pound massa (lbm)

SISTEM- SISTEM SATUAN• Sistem gravitasi inggris ( British Gravitional (BG) system)

Temperatur mutlak adalah derajat Rankine ( oR) : oR = oF + 459,67

Satuan massa disebut slug, didefenisikan dari hukum kedua Newton ( gaya = massa x percepatan) sebagai :

I lb = (1 slug ) (1 ft/s2 ) Hubungan ini mengindikasikan bahwa 1 lb gaya yang bekerja pada massa 1

slug akan memberikan percepatan pada massa tersebut sebesar 1 ft/s2

Berat ( W) yang merupakan gaya gravitasi (g) dari sebuah massa (m) diberikan persamaan :

W=m.gdan dalam satuan (BG) :

W (lb)= m (slug) g (ft/ss )Gravitasi standar bumi : 32, 2 ft/s2 , maka sebuah massa 1 slug memiliki berat 32, 2 lb dengan gravitasi

standar

• Sistem Internasional (SI) Skala temperatur mutlak adalah Kelvin ( oK) :

oK = o C + 273,15Satuan gaya disebut Newton, yang didefenisikan dari hukum kedua Newton :

1 N =(1 kg) ( 1 m/s2 )Jadi gaya 1 N yang bekerja pada massa 1 kg akan memberikan massa tersebut

percepatan 1 m/s2 .

Satuan kerja dalam SI (Joule ) yang merupakan kerja yang dilakukan apabila titik kerja gaya 1 N dipindahkan sejarak 1 m pada arah bekerjanya gaya.

1 J = 1 N . m

Satuan daya adalah watt yang didefenisikan sebagai joule perdetik1 W = 1 J/s = 1 N.m/s

Sifat-sifat fluida

• Ada tiga macam kerapatan yang harus diketahui perbedaanya a) Kerapatan (density) disimbolkan (ρ=rho) didefenisikan sebagai :

massa per volume ( kg/m3 )

b) Berat jenis (γ): berat fluida persatuan volume

c) Kerapatan relatif (SG) : perbandingan kerapatan fluida tersebut dengan kerapatan air pada temperatur tertentu (40C)

Vm

1. Kerapatan (density)2. kekentalan (viscosity)3. Tegangan permukaan 4. Kemampuan untuk dimampatkan

g

COH

SG0

2 4@

Gambar Kerapatan air sebagai fungsi temperatur

Hukum gas ideal

• Gas-gas sangat mudah dimanfatkan dibandingkan dengan zat cair, di mana perubahan kerapatan gas berhubungan langsung dengan perubahan tekanan dan temperatur

RTp

Newtonian Fluid• Fluida yang apabila dikenai

tegangan geser, maka tegangan geser tersebut sebanding dengan kecepatan deformasinya. dy

duyx

• Setiap fluida mempunyai ketahanan terhadap deformasi yang berbeda akibat tegangan geser yang sama

dydu

yx

dyduxy

• Viscositas absolut atau dinamic

deformasikecepa

gesertegangan

dydu

xy

tan

Non Newtonian Fluid• Fluida yang apabila dikenai tegangan geser, maka tegangan

geser tersebut tidak berbanding lurus dengan kecepatan deformasinya

n

yx dyduk

• k = konstanta• n= indeks yang bergantung pada perilaku aliran

• n < 1 → bubur kertas• n= 1 → air• n > 1 → lumpur

Kekentalan dinamis (η) eta : gaya gesek persatuan luas yang dibutuhkan untuk menggeser lapisan zat cair dengan satu satuan kecepatan terhadap lapisan yang berlekatan didalam zat cair itu

( N. sec/m2 ) atau( kg/m.sec)

Kekentalan kinematis : kekentalan dinamis dibagi dengan keraptan massa

sec/sec/ 2

3

mmkgmkg

1

vVolume spesifik

(a). Deformasi material yang ditempatkan antara dua pelat sejajar(b). Gaya gaya yang bekerja pada pelat atas

Perilaku dari sebuah fluida yang ditempatkan antara dua pelat yang paralel

Hubungan tegangan dan laju regangan geser ( gradien kecepatan )

dydudydu

or

Dari hasil eksperimen Jika tegangan geser ( t) meningkat dengan meningkatnya P, maka laju regangan geser akan meningkat dengan berbanding langsung

• Kerja yang harus dilakukan untuk membawa cukup banyak molekul dari sebelah dalam cairan tersebut kepermukaan untuk membentuk satu satuan luas dari permukaan itu ( Nm/m2)

)5.0(2

2

mbbFbF SS

Gaya :

Kerja :

)2(2

2tanx

xbAbFAx

bxFceDisForceW

S

S

Kapilaritas • Naik atau turunnya cairan dalam suatu

tabung kapiler disebabkan oleh tegangan permukaan dan tergantung pada besarnya kohesi relatif cairan dan adhesi cairan kedinding wadah tempatnya.

CONTOHA 0.6-mm-diameter glass tube is inserted into water at 20 C in a cup. Determine the capillary rise of water in the tube (Fig. 10–27).

LATIHAN/TUGAS1. Define internal, external, and open-channel flows, incompressible

flow and incompressible fluid.2. What is :

a. Viscosity, b. Newtonian fluids,c. cavitation?

3. A 0.03-in-diameter glass tube is inserted into kerosene at 68F. The contact angle of kerosene with a glass surface is 26. Determine the capillary rise of kerosene in the tube.