Apa yang kalian lihat . . . . ?

DINAMIKA FLUIDA

Persamaan Kontinuitas

2211 AvAv

QQQQ

vAQdebit

keluarCmasukB

V1

V2

Debit keluar = debit masuk

KRAN

Tempat penampungan air di sebuah rumah

mengalami kebocoran, air yang bocor itu

ditampung dengan menggunakan ember

berukuran 3 liter, setiap 5 menit ember harus

diganti karena penuh air, apabila lubang bocor

berukuran 2 mm2, kecepatan keluarnya air

adalah ….

a. 5 m/s d. 3 m/s

b. 4 m/s e. 2 m/s

c. tidak ada jawaban

Persamaan Bernoulli

PERSAMAAN BERNOULLI

Dx1

Dx2v1

v2

P1A1

P2A2

y1

y2

111 xFW D

111 xAP D

VPD 1

222 xFW D

222 xAP D

VPD 2

Usaha total

: VPPW D )( 21

Perubahan energi kinetik :2

1212

221 )()( vmvmK DDD

Perubahan energi potensial :

12 mgymgyU DDD

Teorema Usaha - Energi :

UKW

12

2

1212

221

21 )()()( mgymgyvmvmVPP DDDDD

12

2

1212

221

21 gygyvvPP

V

m

D

D

2

2

221

21

2

121

1 gyvPgyvP

konstan2

21 gyvP

APLIKASI PERSAMAAN BERNOULLI

TURBULENSI

Viskositas

Hukum Stokes

Viskositas (kekentalan) berasal dariperkataan Viscous (Soedojo, 1986). Suatubahan apabila dipanaskan sebelum menjadicair terlebih dulu menjadi viscous yaitumenjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagaigerakan di bagian dalam (internal) suatufluida (Sears & Zemansky, 1982).

ALIRAN VISKOSITAS

Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan

ke dalam fluida kental, misalnya kelereng

dijatuhkan ke dalam kolam renang yang airnya

cukup dalam, nampak mula-mula kelereng

bergerak dipercepat. Tetapi beberapa saat

setelah menempuh jarak cukup jauh, nampak

kelereng bergerak dengan kecepatan konstan

(bergerak lurus beraturan).

Ini berarti bahwa di samping gaya berat dan

gaya apung zat cair masih ada gaya lain yang

bekerja pada kelereng tersebut. Gaya ketiga ini

adalah gaya gesekan yang disebabkan oleh

kekentalan fluida.

Satuan viskositas fluida dalam sistem

cgs adalah dyne det cm-2, yang biasa

disebut dengan istilah poise di mana

1 poise = 1 dyne det cm-2.

Viskositas dipengaruhi oleh perubahan

suhu. Apabila suhu naik maka viskositas

menjadi turun atau sebaliknya.

Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρbdan berjari-jari r dijatuhkan tanpa kecepatanawal ke dalam fluida kental memiliki rapat massaρf, di mana ρb > ρf. Telah diketahubahwa bolamula-mula mendapat percepatan gravitasi,namun beberapa saat setelah bergerak cukupjauh bola akan bergerak dengan kecepatankonstan. Kecepatan yang tetap ini disebutkecepatan akhir vT atau kecepatan terminal yaitupada saat gaya berat bola samadengan gayaapung ditambah gaya gesekan fluida.

Tegangan Permukaan & Kapilaritas

Dalam peristiwa sehari-hari dapat diamatiseperti serangga dapat berjalan diatas permukaan air

jarum atau silet dapat diletakkan di ataspermukaan air dengan hati-hati

kecenderungan tetes air berbentuk bola, dsb

Fenomena ini menunjukkan permukaan air mempunyai semacam stress tekan atautegang muka zat cair.

Secara sederhana gaya permukaan zat cairdapat dinyatakan sebagai gaya per satuanpanjang

= koefisien tegang muka.

Gaya ini berkurang dengan meningkatnyatemperatur dan berubah jika ada larutan-larutanlain. Umumnya gaya per satuan panjang diukurpada suhu 200 C , misalnya untuk air sebesar :

73 dyne/cm = 0, 073 N/m

1 dyne = 10−5N/m.

Kapilaritas

Gejala kapiler atau kapilaritas adalah peristiwa

naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler

disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di

dalam zat cair (adhesi dan kohesi)

Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara molekul-

molekul di dalam suatu zat cair.

Gaya adhesi adalah tarik menarik antara molekul

dengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu bahan

wadah di mana zat cair berada.

Gejala kapiler pada meniscus cekung (air) akan naik di dalam pipa kapiler, makin kecil lubang pipa kapiler makintinggi naiknya zat cair.

Pada meniskus cembung (raksa) akan turun di dalampipa kapiler, Makin kecil lubang pipa kapiler, maka makinrendah penurunan zat cair.Gejala kapiler tergantung padakohesi dan adhesi.

Dalam kehidupan sehari-hari gejala kapilaritas seringkita temui misalnya:

Naiknya minyak melalui sumbu kompor.

Penghisapan air dari tanah oleh akar tanaman menuju dau melaluipembuluh kayu pada batang.

Air membasahi dinding kamar mandi sehingga dinding menjadilembab.

Penghisapan air pada lantai dengan kain pel.

Penghisapan air pada badan setelah mandi dengan handuk.

HIDROLIKA

Dalam sistem hidrolik fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya.

Minyak mineral adalah jenis fluida cair yang umum dipakai. Pada

prinsipnya mekanika fluida dibagi menjadi 2 bagian yaitu:

1. Hidrostatik :

yaitu mekanika fluida dalam keadaan diam disebut juga teorI

persamaan kondisi dalam fluida diam. Energi yang dipindahkan dari

satu bagian ke bagian lain dalam bentuk energi tekanan. Contohnya

adalah pesawat tenaga hidrolik.

2. Hidrodinamik :

yaitu mekanika fluida yang bergerak, disebut juga teori aliran fluida

yang mengalir. Dalam hal ini kecepatan aliran fluida cair yang

berperan memindahkan energi. Contohnya Energi pembangkit listrik

tenaga turbin air pada jaringan tenaga hidro elektrik.

Aplikasi sistem hidrolik pada alat-alat berat

Prinsip Hukum Pascal

Perhitungan gaya hydrolik Torak pada bejana berhubungan

dengan luas penampang berbeda,

Tak Mampu mampat

Fungsi

Pompa sebagai alat pemindahan fluida melalui saluran

terbuka / tertutup di dasarkan dengan adanya peningkatkan

energi mekanika fluida. Tambahan energi ini akan

meningkatkan kecepatan dan tekanan fluida.

Sistem kerja

Ada dua jenis pompa mekanisme kerja pompa

- Displacement Pump

- Roto Dinamic Pump

Displacement Pump

yang termasuk tipe ini adalah

reciprocating pump, yang mempunyai

mekanisme kerja : sebuah piston yang

mendorong fluida yang ada di dalam silender

dengan sebuah tekanan, kemudian

mendorong fluida tersebut keluar dari

silender.

Di dalam silender pompa liquida/ zat cair

ditarik melalui katup pemasuk kedalam

silender dengan menarik piston, kemudian

didorong keluar melalui katup pembuang

pada saat langkah kembali

Tak Mampu mampat

Tak Mampu mampat

Displacement Pump

Tipe lain dari pompa jenis ini adalah rotary pump

Di dalam pompa ini ada dua rotari gear yang arah bekerjanya saling

berlawanan sehingga menyebabkan adanya fluida yang tertarik ke

dalam rongga silender, kemudian putaran impeler tersebut

mendorong fulida keluar

Tak Mampu mampat

Displacement Pump

Tipe lain dari pompa jenis ini adalah rotary pump

Di dalam pompa ini ada dua rotari gear yang arah bekerjanya saling

berlawanan sehingga menyebabkan adanya fluida yang tertarik ke dalam

rongga silender, kemudian putaran impeler tersebut mendorong fulida keluar

Tak Mampu mampat

Roto Dynamic Pump

-Pompa jenis ini mempunyai impeler

yang diputar sehingga memberikan

energi ke dalam fluida.

-Pada saat impeler di putar maka

impeler tersebut dapat membentuk

gaya-gaya yang centrifugal yang

arahnya tegak lurus dengan sumbu

aksisnya (radial flow) dan mendorong

fluida ke arah aksial dengan kecepatan

radial.

- Pompa jenis ini biasanya disebut

centrifugal pump.

Impeler Roto Dynamic Pump

Radial tertutup- Impeler ini mempunyai plat pada masing-masing sisi kipasnya

- Tidak memungkinkan adanya partikel-partikel di dalam fluidanya.

Radial terbuka- Impeler ini mempunyai satu plat pada

kipasnya

- memungkinkan adanya partikel-partikel

di dalam fluidanya

Propeler

Tak Mampu mampat

Profil distribusi tekanan statik pada saaat impeler diputar

Rendah Tinggi

Tak Mampu mampat

Centrifugal pump, kopling & motor

Centrifugal pump & motor

Tak Mampu mampat

Tak Mampu mampat

Tak Mampu mampat

Screw pump

Perangkat ini dipergunakan untuk

memindahkan fluida yang

mempunyai kekentalan

(Viskositas) yang tinggi atau fluida

yang bercampur dengan solid.

(sludge)

Persamaan Bernoulli

0Whgc

vz.

g

gPf

c

D

D

D

∆Z

P2

P1

Mampu mampat

Beberapa peralatan yang biasanya digunakan

untuk memindahkan fluida compresible :

-Kipas angin

-Blower/Penghembus

-Kompresor

Sifat-sifat fisis fluida Compresible

-Densitas rendah dan mudah berubah dengan adanya

perubahan temperatur dan tekanan

-Pada tekanan tinggi akan berubah fasa dari

Fasa gas ke fasa liqyuid mengalami proses

liquifaction

Mampu mampat

Blower

Sistem kerja

-Ada 2 nekanisme prinsip kerja kompresor

Centrifugal

Displacement

-Debit yang dihasilkan Besar

-Tekanan rendah maz 0,5 atm

Centrifugal Blower

Mampu mampat

Kapasitas debit sedang dan tekanan rendah

Centrifugal Blower

Mampu mampat

Displacement Blower

Mampu mampat

Displacement Blower

Mampu mampat

SELAMAT BELAJAR!!!

1. Sebuah perahu yang mengapung di air tawar

memindahkan air seberat 35,6 kN.

(a)Berapakah berat air yang dipindahkan perahu

tersebut ketika mengapung di air laut yang

densitasnya 1,10 x 103 kg/m3?

(b)Berapakah perbedaan volume air tawar yang

dipindahkan dengan volume air laut yang

dipindahkan?

2. Sebuah benda bermassa 5,0 kg dilepas saat

tenggelam dalam sebuah cairan. Cairan yang

dipindahkan oleh benda tenggelam tersebut

memiliki massa 3,0 kg. Berapa jauh dan ke

arah mana benda bergerak dalam waktu 0,2

detik, denga asumsi benda tersebut bergerak

bebas dan gaya hambat pada benda tersebut

dari cairan dapat diabaikan?

3. Misalkan Anda melepaskan sebuah bola kecil

dari keadaan diam pada kedalaman 0,6 m di

bawah permukaan air kolam. Jika densitas bola

adalah 0,3 dari densitas air dan jika gaya hambat

air terhadap bola dapat diabaikan, seberapa

tinggi dari permukaan air, bola tersebut akan

muncul dari air? (Abaikan perpindahan energi

terhadap percikan dan gelombang yang

dihasilkan oleh bola yang muncul tersebut?

4. Sebuah sungai selebar 20 m mengalir air sedalam 4 m. Curah

hujan rata-rata di daerah sungai tersebut yang luasnya 3000

km2 adalah 48 cm/tahun. Bila 25 % dari air hujan menguap ke

atmosfir dan sisanya masuk ke sungai perkirakan kecepatan

rata-rata dari air sungai tersebut.

Jawab :

s/m43,0)4)(20(

)10x3000(60x60x24x365

10x4875,0

V

A

AV75,0VQQ

AV75,0QAVQ

62

sungai

sungai

hujanhujan

sungaihujansungai

hujanhujanhujansungaisungaisungai

5. Sebuah bendungan berisi air sampai kedalaman 15 m.

Pada kedalaman 6 m terdapat suatu pipa horisontal

berdiameter 4 cm yang menembus dinding bendungan.

Mula-mula pipa ini disumbat sehingga air tidak keluar dari

bendungan.

a). Hitung gaya gesekan antara sumbat dan dinding pipa

b). Bila sumbatnya dibuka, berapa air yang tumpah selama

3 jam

Jawab :

N9,73)10x57,12)(58800(pAf

10x57,12

)10x4(4

D4

A

Pa58800

)6)(8,9)(1000(ghp

).a

4

4

222

35

22

2

21

2

2

21

121

2

222

2

111

2.147)36003)(1057,12)(84,10(

/84,10

6,117)915)(8,9(2)(2

961515

0

2

1

2

1

).

mxx

tAVtQVolume

smV

hhgV

hh

Vppp

VghpVghp

b

o

6. Sebuah pesawat terbang horisontal sedemikian rupa

sehingga kecepatan udara di atas sayapya adalah 48 m/s

sedangkan kecepatan udara di bawah sayapnya adalah 40

m/s. Luas setiap permukaan sayapnya adalah 10 m2. Bila

rapat massa udara adalah 1,2 kg/m3, hitung massa pesawat

terbang tersebut.

Jawab :

kgmpAmg

Pap

VVpphh

VghpVghp

8,844)10(

)20)(4,422(

4,422)4048)(2,1(2

1

2

1

2

1

2

1

22

2

2

2

12121

2

222

2

111

D

D