Pertemuan 1 PENDAHULUAN Konsep Mekanika Fluida dan Hidrolika OLEH : ENUNG, ST.,M.Eng
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2011 1
SILABUS PERTEMUAN
MATERI
METODE
I
-PENDAHULUAN -DEFINISI FLUIDA -SIFAT-SIFAT FLUIDA -DIMENSI DAN SISTEM SATUAN
-CERAMAH -DISKUSI
2
-TEKANAN FLUIDA -ALAT UKUR MANOMETER
-CERAMAH -LATIHAN SOAL
-HIDROSTATIK PADA BIDANG VERTIKAL -HIDROSTATIK PADA BIDANG HORIZONTAL -HIDROSTATIK PADA BIDANG MIRING -HIDROSTATIK PADA BIDANG LENGKUNG -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
3
4
-CERAMAH -LATIHAN SOAL
PRAKTIKUM DI LAB HIDROLIKA
PERTEMUAN 8 9
MATERI -PRAKTIKUM
METODE PRAKTIKUM DI LAB HIDROLIKA
-ALIRAN DALAM PIPA TUNGGAL -ALIRAN DALAM PIPA SERI -ALIRAN DALAM PIPA PARALEL -ALIRAN PIPA BERCABANG -KLASIFIKASI ALIRAN -TIPE ALIRAN -KONDISI ALIRAN -JENIS SALURAN TERBUKA GEOMETRI SALURAN -DISRIBUSI KECEPATAN DAN PENGUKURAN KECEPATAN
-CERAMAH -LATIHAN SOAL
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 -PENGUKURAN DEBIT ALIRAN PADA SALURAN TERBUKA -ALIRAN MELALUI PINTU SORONG -ALIRAN MELALUI AMBANG -ALIRAN MELALUI PELIMPAH
-CERAMAH -LATIHAN SOAL
10
13
-CERAMAH -LATIHAN SOAL
-CERAMAH -QUIZ
3
PENILAIAN • • • •
TUGAS/QUIZ UTS UAS PRAKTIKUM
: 15% : 30% : 30% : 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
5
Outline Materi
-
PENDAHULUAN DEFINISI FLUIDA SIFAT-SIFAT FLUIDA 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 menyinggung permukaan, dan gaya ini yang dibagi dengan luas permukaan tersebut
7
MEKANIKA FLUIDA
HIDROLIKA
HIDROLIKA SALURAN TERTUTUP (PEMIPAAN)
HIDROLIKA SALURAN TERBUKA
8
MEKANIKA
FLUIDA
STATIKA FLUIDA
DINAMIKA FLUIDA
9
Mekanika Fluida : Cabang ilmu mekanika yang mempelajari fluida dalam keadaan diam atau bergerak. Mekanika Fluida : Pengembangan dari ilmu hidrodinamika klasik dengan hidrolika eksperimen. Hidrolika Klasik : Aplikasi ilmu matematika untuk menganalisis aliran fluida. Ilmu ini mempelajari tentang gerak zat cair ideal yang tidak mempunyai kekentalan. 10
• Hidrodinamika : ilmu yang mempelajari tentang gerakan air dan gaya yang ditimbulkannya • 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 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).
13
• Pada statika fluida : Fluida adalam dalam keadaan diam dimana tidak ada tegangan geser yang bekerja pada partikel fluida tersebut
14
Dinamika fluida : mempelajari tentang gerak partikel zat cair karena adanya gaya-gaya luar yang bekerja padanya. Contoh aplikasi dinamika fluida adalah aliran melalui pipa dan saluran terbuka, pembangkit tenaga mekanis pada turbin air, uap dan gas, pompa hidralis dan kompresor, gerak pesawat di atmosfer, dan sebagainya. Analisis perilaku aliran fluida didasarkan pada hukum dasar mekanika 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 FLUIDA 1.Kemampatan cairan ( Modulus Elastisitas, E), adalah : Perbandingan perubahan tekanan satuan terhadap perubahan volume yang terjadi persatuan volume, satuannya [N/m2].
ΔP PΔP
ΔV VVvV
V air
Keterangan : 2 E = modulus elastisitas air [N/m 2 ] ∆P = perubahan tekanan [N/m ] 3 ∆V= perubahan volume [m ] 3 V = Volume [m ]
2. Rapat Massa (ρ) adalah massa3 air persatuan volume, satuannya adalah [kg/m ]. Keterangan : 3 ρ = rapat massa [kg/m ] m = massa [kg]3 V = Volume [m ]
3. Berat Jenis /Berat Spesifik (γ) adalah : berat air persatuan volume atau fungsi langsung dari 3 percepatan grafitasi setempat, satuannya adalah [N/m ]. Keterangan : 3 γ = berat jenis [N/m ] 3 ρ = rapat massa [kg/m ]
2 = g grafitasi bumi [= 9,81m/detik ] 17
4. Rapat relatif (rp rl) adalah bilangan murni yang menunjukkan perbandingan antara massa suatu benda dengan massa air Keterangan : rp rl = rapat relative 3suatu zat ρs = rapat zat [kg/m3 ]. ρa = rapat air [kg/m ].
5. Kekentalan absolut/dinamik (µ) adalah sifat yang menentukan besar daya tahannya terhadap gaya geser, satuannya [Pa.detik]. v
F
v
dv
Lempengan bergerak
ds
s s
Lempengan diam
Keterangan : 2 τ = tegangan geser [N/m =Pa] dv = perubahan kecepatan [m/detik] ds = perubahan jarak [m] µ = kekentalan absolut/dinamik [Pa.detik] 18
Gambar 1.2 Lempengan pelat Newton
6. Kekentalan kinematik (ν) adalah perbandingan kekentalan absolut/dinamik dengan kerapatan massa, 2 satuannya [m /detik].
µ ν= ρ
Keterangan : µ = kekentalan absolut/dinamik [Pa.detik] 3 ρ = rapat massa [kg/m ] 2 ν = kekentalan kinematik [m /detik]
7. Tarikan Permukaan (σ), adalah kerja yang harus dilakukan untuk membawa molekul dari dalam cairan ke permukaan , satuannya adalah [N/m] udara
Air
Air raksa
Gambar . Tarikan Permukaan pada air dan air raksa
19
8. Kapilaritas, adalah naik/turunnya cairan dalam suatu tabung kapiler (zat yang berpori) yang disebabkan oleh tarikan permukaan, adhesi dan kohesi. Contoh : Aliran air tanah, batu bata yang direndam dalam air, dll.
20
DIMENSI DAN SATUAN • Dimensi : besaran terukur, yang menunjukkan karakteristik suatu obyek, seperti: massa, panjang, waktu, temperatur, 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 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:
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) • 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
