02 Definisi dan Sifat Fluida.ppt

DEFINISI DAN SIFAT FLUIDA

Ir. Suroso Dipl.HE, M.Eng

Chapter 2: Properties of FluidsME33 : Fluid Flow 2

Pendahuluan

HIDROLIKA : ilmu yang mempelajari perilaku air, baik dalam keadaan diam maupun bergerak. Atau ilmu yang mempelajari sifat dan hukum gerak cairan.MEKANIKA FLUIDA :ilmu yang mempelajari sifat dan hukum gerak fluida (cairan dan gas).FLUIDA : zat yang berubah bentuk menyesuaikan diri dengan tempatnya.Mekanika Fluida merupakan gabungan Hidrolika (empiris & eksperimen) dengan Hidrodinamika (klasik)


Aplikasi Hidrolika

JARINGAN PIPA : air minum, drainasi, minyak dll.

SALURAN IRIGASI / DRAINASI

TEKNIK TRANSPORTASI AIR : pelabuhan, saluran pelayaran.

BANGUNAN AIR : PLTA, bendungan, waduk, fasilitas lainnya.


Aplikasi Hidrolika

water supplyflood storagehydropower

irrigation

thermal cooling

floodmanagement

water supply andstormwater management

navigation


Apakah fluida itu?

Bandingkan antara zat padat dan fluida?Zat padat: dapat melawan gaya geser dengan deformasi. Tegangan sebanding dengan regangan

Fluida: terus mengalami deformasi akibat gaya geser. Tegangan sebanding dengan laju regangan

F

A

F V

A h

Solid Fluid


Apakah fluida itu?

Zat cair menyesuaikan bentuk tempatnya dan membentuk permukaan bebas karena adanya gaya berat

Gas mengisi seluruh tempat dan tidak dapat membentuk permukaan bebas

Gas dan uap sering dipakai sebagai kata padanan


Fluida

Zat cair: mengisi tempat sesuai volumenya, gaya kohesif kuat, volume tetap,mempunyai permukaan bebas

Zat cair dan gas – Apa bedanya?

Zat cair

Free Surface

Gas

mengembang

Gas: memenuhi ruangan, gaya kohesif lemah, bebas mengembang


Fluida Umum

Zat cair:air, minyak, air raksa, gasoline, alkohol

Gas: udara, helium, hidrogen, uap

Batas: jelly, aspal, pasta gigi, cat


Sifat-sifat Zat Cair

Bila ruangan > volume zat cair terbentuk permukaan bebas yang berhubungan dengan atmosfer.

Mempunyai rapat massa dan berat jenis

Tidak termampatkan (incompressible).

Mempunyai viskositas (kekentalan)

Mempunyai kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan.


Persamaan Dasar

Analisis masalah mekanika fluida berdasarkan hukum dasar tentang gerakan fluida:

Kekekalan MassaHukum Newton IIKekekalan MomentumHukum I TermodinamikaHukum II Termodinamika


Persamaan Dasar

Analisis masalah Hidrolika dapat dilakukan berdasarkan :

Conservation of Mass (kekekalan massa)

Conservation of Energy (kekekalan energi)

Conservatian of Momentum (kekekalan momentum)


Hukum Newton II

Laju perubahan momentum (M.v) berbanding langsung dengan gaya yang bekerja dan dalam arah yang sama dengan gaya tersebut.

dimana : F = gaya M = massa benda a = percepatan v = kecepatan

dt

MvdF

dt

dvMF .

MaF


Dimensi dan Satuan

Dimensi : besaran terukur yang menunjukkan karakteristik obyek (massa, panjang, waktu, dsb)

Satuan : standar untuk mengukur dimensi (kilogram, meter, detik dsb)


Dimensi dan Unit (satuan)

Dimensi harus sama untuk masing-masing term dalam persamaan

Dimensi mekanika adalahpanjang

waktu

massa

gaya

temperatur

aF m aF m

LT

MMLT-2



Besaran Simbol DimensiKecepatan V LT-1

Percepatan a LT-2

Luas A L2

Volume L3

Debit Q L3T-1

Tekanan p ML-1T-2

Gravitasi g LT-2

Temperatur T’ Kosentrasi massa C ML-3



Besaran Simbol DimensiRapat massa ML-3

Berat satuan ML-2T-2

Kekentalan dinamis ML-1T-1

Kekentalan kinematis L2T-1

Tegangan permukaan MT-2

Bulk mod of elasticity E ML-1T-2

Inilah sifat-sifat _______fluida

Berapa sifat-sifat tak tergantung? _____4


Apa itu SLUG?!

UC Santa Cruz Mascot

Unit massa dalam British Gravitational system (~ 14.59 kg, ~32.17 lbm)

1 lbf akan akselerasi massa 1 slug 1ft/s2

32.17 lb/14.59 kg = 2.2 lbm/kg


Unit (satuan) Sekunder

Gaya N = kg-m/s2 (Newton)lbf = slug-ft/s2 (pound force)

= 32.2 lbm-ft/s2

Kerja (Gaya kali jarak)J = N-m (Joule)ft-lbf (foot pound)

Energi (Kerja per satuan waktu)W = J/s (Watt)ft-lbf/s (foot pound per sec)hp 550 ft-lb/s (horsepower)

22 T

LM

T

ML

maF


Dimensi dan Satuan

English System (ES) Dimensi Satuan

Gaya F lbMassa M slug (lb.sec2/ft)Panjang L ftWaktu T sec (det)

Systeme International d’unite (SI) Dimensi Satuan

Gaya F NMassa M kgPanjang L mWaktu T sec (det)


Sifat-sifat Fluida

Rapat Massa (density)Berat Jenis (specific gravity)Kekentalan (viscosity)Kemampatan (compressibility)

Sifat yang dominan/memegang peranan pada cairan :

Diam : berat jenis Mengalir : kerapatan, viskositas.


Rapat Massa/Kerapatan (Density)

Rapat Massa : massa zat cair tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu.

= M/V

dimana: M = massa (kg) V = volume (m3) = rapat massa (kg/m3)


Berat Jenis (Specific Weight):

Berat Jenis (Specific Weight) : berat per satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu.

= .g

Specific Gravity: perbandingan berat zat dengan berat air pada volume dan temperatur yang sama.


Specific Volume

Specific Volume: volume zat cair per satuan berat. Ini kebalikan dari specific weight. Satuan dalam metrik m3/kgf, dalam SI m3/N.


Specific Gravity


Kemampatan Zat Cair (Compressibility)

Definisi : perubahan volume karena perubahan tekanan.

Kemampatan dinyatakan dalam modulus elastisitas K (bulk modulus of elasticity)

Harga K untuk zat cair sangat besar sehingga perubahan volume karena perubahan tekanan sangat kecil, oleh karena itu perubahan volume diabaikan dan zat cair dinggap tak termampatkan (incompressible)

Untuk air tawar K = 2068 MN/m2.

vdv

dpK

/


Kekentalan (Viscosity)

Untuk mendapatkan hubungan kekentalan, ditinjau lapisan fluida antara dua plat sejajar yang sangat luas dengan jarak ℓDefinisi tegangan geser: = F/A.Menggunakan kondisi tidak-slip, u(0) = 0 dan u(ℓ) = V, profil kecepatan dan gradien adalah u(y)= Vy/ℓ dan du/dy=V/ℓTegangan geser untuk Newtonian fluid: = du/dy adalah kekentalan dinamis (dynamic viscosity) dan mempunyai satuan kg/m·s, Pa·s, atau poise.


Hubungan Tegangan Geser-Gradien Kecepatan



Non-Newtonian vs. Newtonian Fluid



Gas vs. Liquid


Tegangan Permukaan (Surface Tension)

Di bawah permukaan, gaya-gaya bekerja sama dalam semua arah

Pada permukaan, beberapa gaya tidak ada, menarik molekul ke bawah dan bersama-sama, seperti membran ditarik pada permukaannya

Jika pertemuan (interface) lengkung, tekanan lebih tinggi akan berada pada sisi cekung

Kenaikan tekanan diimbangi oleh tegangan permukaan, = 0.073 N/m (@ 20oC)

water

air

No net force

Net forceinward

Interface


Kapilaritas

Kapilaritas disebabkan oleh gaya kohesi dan adhesi.Jika kohesi lebih kecil dari adhesi maka zat cair akan naik, jika kohesi lebih besar dari adhesi maka zat cair akan turun.Kenaikan atau penurunan kapiler dapat dihitung dengan menyamakan gaya angkat yang dibentuk oleh tegangan permukaan dengan gaya berat.Kenaikan kapiler:

dimana : σ = tegangan permukaan = berat jenis zat cair r = jari-jari tabung

rh

cos2


Efek Kapiler

Efek kapiler adalah naik atau turunnya zat cair dalam tabung diameter kecil.Permukaan bebas lengkung dalam tabung disebut meniscus.Sudut kontak , didefinisikan sebagai sudut yang dibuat menyinggung permukaan zat cair dan permukaan tabung pada titik kontak.Air meniscus melengkung ke atas karena air zat cair yang membasahi/wetting ( < 90°,hydrophilic).Air raksa meniscus melengkung ke bawah karena air raksa tidak membasahi/ nonwetting ( > 90°,hydrophobic).


Efek Kapiler

Keseimbangan gaya dapat menjelaskan besarnya kenaikan kapiler.

W = mg = Vg = g(R2h)

W = Fsurface → g(R2h) = 2Rs cos

Kenaikan kapiler: → h = 2s cos gR

(R = konstan)

02 Definisi dan Sifat Fluida.ppt

Documents

Transcript of 02 Definisi dan Sifat Fluida.ppt