Materi 1- DEFINISI FLUIDA

BAB 1 : PENDAHULUAN
•Definisi Fluida
•Ruang Lingkup Mekanika
Fluida
•Persamaan Dasar
•Metode Analisa
•Dimensi dan Unit
1. Definisi Fluida
Fluida
adalah sebuah zat yang akan terdeformasi(mengalami
perubahan bentuk) secara terus-menerus(kontinyu)
jika dikenai tegangan geser seberapun kecilnya
tegangan geser tersebut diberikan
Perbedaan Fluida & Zat Padat
Fluida : terdeformasi secara kontinyu
seberapapun gaya F dikenakan pada Fluida
dari to  t1  t2  .. dst…..
F
t0 t1
t2
t0 < t1 < t2
Perbedaan Fluida & Zat Padat
Zat Padat : tidak akan terdeformasi secara kontinyu
selama gaya F yang dikenakan lebih kecil dibanding
batas elastisnya
F
Jenis Fluida
Contoh:
- air
- minyak
- udara
- bubur kertas
- dll
3. Kompresibilitas (kemampatan)
yaitu, perubahan (pengecilan) volume krn adanya perubahan
(penambahan) tekanan, yang ditunjukan oleh perbandingan antara
perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal.
Perbandingan tersebut, dikenal dengan Modulus Elastisitas, dengan
rumus :
satuan K = N/m2
atau
Aliran transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran
turbulen.
Aliran-aliran fluida tersebut, ditentukan berdasarkan Bilangan
Reynolds, dengan konsep dasar :
dimana ;
V = kecepatan rata-rata fluida (m/d)
D = diameter dalam pipa (m)
ρ = rapat jenis fluida (kg/m3)
µ = viskositas dinamik (Nd/m2)
Standart Bilangan Reynolds :
a. Re < 2300
= aliran laminer
b. 2300 < Re < 4000
= aliran transisi ( bilangan Reynolds kritis)
c. Re > 4000
= aliran turbulen
2. Ruang Lingkup Mekanika Fluida
Iklim dan Cuaca
Kendaraan : Mobil, Kereta Api, Kapal Laut, Pesawat
Terbang, dll. (Reduction Drag and Fuel Consumption)
Lingkungan : Polusi Udara, Pencemaran Laut
Kesehatan : Biomedikal
Rekreasi dan Olah Raga
Industri Petrokimia dan Perminyakan
Konstruksi Bangunan : Gedung, Jembatan, dll.
Dan Lain-Lain
Iklim & Cuaca
Badai Petir
Tornadoes
Hurricanes
Global Climate
Kendaraan
Pesawat Udara
Kapal Laut
Mobil
Kereta Api Cepat
Fuel Consumption
Drag
Boxfish (Ostracion Cubicus)
Mercedes Benz Bionic Car
CD=0,06
CD=0,095
Lingkungan
Polusi Udara
River hydraulics
Pencemaran Laut oleh Tumpahan Minyak
Kesehatan : Biomedikal
Blood pump
Ventricular assist device
Artificial Heart
Rekreasi & Olahraga
Cycling
Water sports
Auto racing
Surfing
Offshore racing
Industri Petrokimia & Perminyakan
Pipa Distribusi Minyak
Pompa Angguk
Kilang Petrokimia
Stasiun Pompa
Konstruksi Bangunan : Gedung, Jembatan, dll.
Jembatan Golden Gate
Jembatan Tacoma Narrow –
Roboh pada tahun 1944
Visualisasi Aliran Melalui Model Gedung
Robohnya Jembatan Tacoma Narrow - 1944
3. Persamaan Dasar
Persamaan Dasar yang Digunakan untuk Menganalisa Mekanika
Fluida :
Konservasi/Kekekalan Massa
Persamaan Momentum Linier (Hk. II Newton)
Persamaan Momentum Angular
Hukum I Thermodinamika (Kekekalan Energi)
Hukum II Thermodinamika (Enthrophy)
Dibantu dengan Persamaan Tingkat Keadaan untuk Gas
Ideal :
p = rRT
Persamaan Dasar
Konservasi Massa
1
m
2
m
1 m
 2  konstan
m
Hukum Newton II (tentang gerak)

a


 F  m .a
m
F





dV d mV  dP
F  m.a  m


dt
dt
dt

dimana : P  momentum linear
Persamaan Dasar
Moment of Momentum

mV

R
  
Torsi T  R x F

 d mV 
R x
dt



d R x mV  dH


dt
dt

dimana : H  moment of momentum


 R x mV
Persamaan Dasar
Hukum Termodinamika I
dE 


Q W 

dt sistem
Hukum Termodinamika II
ds 1 
 Q
dt T
  proses irreversible
 proses reversible
4. Metode Analisa
SISTEM
adalah sejumlah masa yang tetap dan diketahui identitasnya, yang
dibatasi dari sekelilingnya oleh suatu tapal batas (boundary)
Dimana tapal batas tsb dapat tetap atau berubah tetapi masa yang
ada di dalamnya harus selalu tetap
(tidak ada perpindahan masa menembus tapal batas)
Piston
m
Tapal batas sistem
Metode Analisa
CONTROL VOLUME (CV)
adalah sembarang volume yang didefinisikan dalam suatu tempat
dimana fluida mengalir melaluinya
Batas CV disebut Control Surface (CS)
CS :
- dapat nyata atau imajiner
- dapat diam atau bergerak
CS
CV
Metode Analisa
Pendekatan Differential & Integral
Differential
Penyelesaian dari persamaan differential suatu
gerakan/aliran bersifat detail (point by point)
pada perilaku aliran
Integral
Penyelesaian dengan persamaan integral
bersifat global (gross behavior) dan lebih
mudah diselesaikan secara analitis.
Metode Analisa
Metode Deskripsi Aliran, ada 2(dua) macam :
1. Metode Langrangian
Metode ini melakukan analisa dengan cara mengikuti
setiap gerakan partikel fluida kemanapun perginya
dalam hal ini setiap property yang terkait dengan
partikel fluida berubah sebagai fungsi waktu
misalkan:
property: kecepatan : V = V(t)
tekanan : p = p(t)
Metode Analisa
Contoh: Metode Langrangian
Misalkan penerapan dari Hukum Newton II untuk
suatu partikel dengan masa tetap m :
Metode Analisa
2. Metode Eulerian
Metode ini melakukan analisa dengan menggunakan
konsep MEDAN (FIELD)
Dimana dalam hal ini setiap property dari gerakan
fluida sebagai fungsi dari kedudukan & waktu di suatu
titik
Misalkan (dalam koordinat rectangular/cartesian):
property: kecepatan : V = V(x, y, z, t)
Note: metode ini lebih banyak digunakan dalam mekanika fluida
Metode Analisa
Contoh
Y
T = f(t)
Langrangian
A
X
T = T(xA, yA, zA, tA)
Euler
5. Dimensi dan Unit
BESARAN-BESARAN FLUIDA
Tekanan, p [Pa]
Rapat Massa, r [kg/m3]
Kecepatan, V [ m/s]
Debit, Q [m3/s]
Luas penampang, A [m2]
F
p
A
m
r
V
Q  VA
SI-Unit (Systeme International d’Unites) MLtT
Satuan : massa (M)
= kg (kilogram)
panjang (L)
= m (meter)
waktu (t)
= sec (second atau detik)
temperatur (T)
= K (Kelvin)
Dimensi dan Unit
Note : dalam Sistem Metrik Absolut
Satuan : massa (M)
= g (gram)
panjang (L)
= cm (centimeter)
waktu (t)
= sec (second atau detik)
temperatur (T)
= K (Kelvin)
Dimensi dan Unit
British Gravitational System of Units  FLtT
Satuan : gaya (F)
= lbf (pound force)
panjang (L)
= ft (foot)
waktu (t)
= sec (second atau detik)
temperatur (T)
= R (Rankine)
dalam hal ini, karena masa (m) sebagai Dimensi
Sekunder, maka satuan masa (m) adalah slug
didefiniskan sebagai (dari Hukum II Newton) :
1 slug = 1 lbf.sec2/ft
Dimensi dan Unit
c. English Engineering System of Units  FMLtT
Satuan : gaya (F)
= lbf (pound force)
massa (M)
= lbm (pound mass)
panjang (L)
= ft (foot)
waktu (t)
= sec (second atau detik)
temperatur (T)
= R (Rankine)
karena masa & gaya keduanya sebagai Dimensi Primer,
maka Hukum II Newton ditulis sbb :
.a
F m
gc
dimana : gc = konstanta pembanding
Dimensi dan Unit
gaya 1 lbf adalah gaya yang dapat menggerakkan masa
sebesar 1 lbm dengan percepatan sebesar percepatan
gravitasi bumi 32,17 ft/sec2.
2
1
lbm
x
32,17
ft/sec
1lbf 
gc
atau
gc = 32,17 ft.lbm/lbf.sec2
(gc = bukan gravitasi bumi)
dan : 1 slug = 32,17 lbm
Dimensi dan Unit
DIMENSI PRIMER (SI)
DIMENSI SEKUNDER