Mekanika Fluida dan Hidrolika tehnik sipil.ppt

Mekanika Fluida dan Hidrolika tehnik sipil.ppt

1. SI-2131SI-2131
Mekanika Fluida & HidrolikaMekanika Fluida & Hidrolika
“Parameter Fisik Fluida”“Parameter Fisik Fluida”
Joko Nugroho, ST. MT. PhD.Joko Nugroho, ST. MT. PhD.

2. Silabus SI-2131Silabus SI-2131
Pengertian dan pemahaman mengenai
karakteristik fisik fluida, sifat
pengalirannya dan interaksi antara
dinamika aliran fluida dengan media
pengalirannya.

3. Materi PerkuliahanMateri Perkuliahan
Minggu Topik SubTopik
1. Parameter Fisik Fluida Densitas, viskositas dan kompresibilitas fluida
2. Statika Fluida Keseimbangan fluida statis pada pintu, dam dan
bangunan air.
3. Kinematika Fluida Garis alir, fungsi alir, vektor kecepatan dan percepatan
4. Pengenalan Dinamika Fluida Control volume, Pers momentum, Newton II
5. Pengenalan Dinamika Fluida Persamaan Kontinyuitas Persamaan Energi
6. Aliran pada Saluran Tertutup Karakteristik Aliran, Karakteristik Pipa, Kehilangan
Enerji
7. Aliran pada Saluran Tertutup Analisis aliran pada Pipa bercabang paralel dan non
paralel
8. UJIAN TENGAH SEMESTER

4. Materi PerkuliahanMateri Perkuliahan
Minggu TopikTopik SubtopikSubtopik
9. Aliran pada saluran Terbuka Karakteristik Aliran.
Karakteristik hidrolis saluran , Distribusi
Kecepatan, Distribusi Tekanan, Tinggi Enerji
Aliran
10.Aliran pada saluran Terbuka •Persamaan momentum Newton II
•Persamaan enerji Bernaulli
•Energi dan gaya khas
11.Aliran pada saluran Terbuka •Aliran Kritis
•Bilangan Froude
12.Aliran pada saluran Terbuka •Aliran Seragam
•Methoda Manning, Chezy dan Strickler
13.Aliran pada saluran Terbuka Gaya seret dan kecepatan ijin
14.Aliran pada saluran Terbuka Aliran dihilir sebuah ambang tajam,
15.Aliran pada saluran Terbuka Aliran dihilir sebuah ambang mercu,
16.UJIAN AKHIR SEMESTER

5. Mekanika FluidaMekanika Fluida

Ilmu tentang aliran fluida secara garis besar Ilmu tentang aliran fluida secara garis besar
diklasifikasikan menjadi: hidrolika dan diklasifikasikan menjadi: hidrolika dan
hidrodinamikahidrodinamika

HidrolikaHidrolika: fluida air, dikembangkan dari : fluida air, dikembangkan dari
penelitian eksperimental, bersifat empiris.penelitian eksperimental, bersifat empiris.

HidrodinamikaHidrodinamika: dikembangkan secara teoritis.: dikembangkan secara teoritis.

Hidrolika dan Hidrodinamika akhirnya menyatu Hidrolika dan Hidrodinamika akhirnya menyatu
menjadi menjadi Mekanika FluidaMekanika Fluida..

6. Mekanika FluidaMekanika Fluida

Mekanika fluida bisa dibagi menjadi:Mekanika fluida bisa dibagi menjadi:

Statika fluidaStatika fluida

Kinematika fluidaKinematika fluida

Dinamika fluidaDinamika fluida

7. PendahuluanPendahuluan
Aquaduct di Italia yang dibangun
bangsa romawi.

8. Sketsa aliran fluida dipermukaan oleh Leonardo da
Vinci.

9. Sketsa aliran fluida dalam suatu pelebaran dan aliran
fluida disekitar suatu benda oleh Leonardo da Vinci.

10. 
Koefisien kontraksi dari Koefisien kontraksi dari
suatu aliran jet pada suatu aliran jet pada
pipa 2 dimensi adalah pipa 2 dimensi adalah
0.611. 0.611.

Harga ini sesuai dengan Harga ini sesuai dengan
hasil percobaan, yaitu hasil percobaan, yaitu
mendekati 0.60.mendekati 0.60.

11. Apakah Fluida itu?Apakah Fluida itu?
Jenis materi:Jenis materi:

Padat (solid)Padat (solid)

Fluida : Fluida :

CairCair

Gas Gas
Tinjauan terhadap sifat materi:Tinjauan terhadap sifat materi:

Susunan molekulSusunan molekul

Hubungan gaya dan deformasiHubungan gaya dan deformasi

Gaya tangensial antar partikelGaya tangensial antar partikel
Bagaimanakah sifat materi zat padat dan zat alir?Bagaimanakah sifat materi zat padat dan zat alir?

12. Parameter Fisik FluidaParameter Fisik Fluida

Fluida: cair (liquid) dan gasFluida: cair (liquid) dan gas

Karakteristik fluida dapat ditinjau dari segi:Karakteristik fluida dapat ditinjau dari segi:

Kerapatan, berat jenis, volumeKerapatan, berat jenis, volume

Kompresibilitas / kemampatanKompresibilitas / kemampatan

Viskositas / kekentalanViskositas / kekentalan

Tegangan permukaanTegangan permukaan

13. Perbedaan zat cair (liquid) dan gasPerbedaan zat cair (liquid) dan gas

Zat Cair (liquid)Zat Cair (liquid)

IncompressibleIncompressible

Mempunyai volume tertentu pada tekanan dan Mempunyai volume tertentu pada tekanan dan
temperatur tertentu.temperatur tertentu.

GasGas

CompressibleCompressible

Selalu mengisi ruangSelalu mengisi ruang

14. Unit dan DimensiUnit dan Dimensi

Dimensi dasar:Dimensi dasar:

Panjang, LPanjang, L

Massa, MMassa, M

Waktu, TWaktu, T

Suhu, Suhu, 

Besaran turunan:Besaran turunan:

Luas, LLuas, L
22

Kecepatan, LTKecepatan, LT
-1-1

Kerapatan, MLKerapatan, ML
-3-3

Satuan:Satuan:

Panjang: m (meter)Panjang: m (meter)

Waktu: s (second, detik)Waktu: s (second, detik)

Massa: kg (kilogram)Massa: kg (kilogram)

15. British Gravitational System (BG)British Gravitational System (BG)
Satuan panjang: kaki (ft)
Satuan waktu: detik
Satuan gaya: pound (lb)
Temperatur:
o
F
Absolute temperatur:
o
R =
o
F + 459.67
Satuan massa: slug
Satu pound gaya yang bekerja pada benda
bermassa 1 slug, akan mengakibatkan percepatan 1
ft/det
2

Benda dengan massa 1 slug, akan memiliki berat
32,2 lb.

16. International System (SI)International System (SI)
Satuan panjang: meter (m)
Satuan waktu: detik (det)
Satuan gaya: newton (N)
Temperatur:
o
C
Absolute temperatur:
o
K =
o
C + 273
Satuan massa: kilogram (kg)
Satu newton gaya yang bekerja pada benda
bermassa 1 kilogram, akan mengakibatkan
percepatan 1 m/det
2
Benda dengan massa 1 kg, akan memiliki berat 9,81
N.

17. English Engineering System (EE)English Engineering System (EE)
Satuan panjang: kaki (ft)
Satuan waktu: detik
Satuan gaya: pound (lb)
Absolute temperatur:
o
R
Satuan massa: pound mass (lbm)
Satu pound gaya yang bekerja pada benda
bermassa 1 lbm, akan mengakibatkan
percepatan sebesar percepatan gravitasi, yaitu
32,174 ft/det
2
.

18. Tegangan pada bidang fluidaTegangan pada bidang fluida
Gaya FGaya F
RR pada sebuah bidang dapat diuraikan pada sebuah bidang dapat diuraikan
menjadi:menjadi:

Komponen normal (tegak lurus terhadap bidang)= Komponen normal (tegak lurus terhadap bidang)=
FF
NN
Komponen tangensial= FKomponen tangensial= F
TT
Tekanan (pressure)= FTekanan (pressure)= F
NN/A/A
Shear stress (tegangan geser: FShear stress (tegangan geser: F
TT/A/A

19. Properti FluidaProperti Fluida

Definisi-definisi:Definisi-definisi:

Kerapatan (Density), Kerapatan (Density),  = massa/volume, kg/m = massa/volume, kg/m
33
Volume spesifik, VVolume spesifik, V
ss=1/=1/, m, m
33
/kg/kg

Berat jenis, Berat jenis,  = = g, N/mg, N/m
33
Kerapatan relatif, s = Kerapatan relatif, s = //
ww

20. Densitas / KerapatanDensitas / Kerapatan

21. Hukum Gas IdealHukum Gas Ideal

Gas merupakan zat yang relatif sangat mudah Gas merupakan zat yang relatif sangat mudah
dimampatkan (dimampatkan (highly compressiblehighly compressible).).

Perubahan kerapatan gas berhubungan Perubahan kerapatan gas berhubungan
langsung dengan perubahan tekanan dan langsung dengan perubahan tekanan dan
temperatur. temperatur.
RTp
P : tekanan absolute
 : kerapatan
T : temperatur absolute
R: konstanta gas

22. ViskositasViskositas

Merupakan ukuran resistensi terhadap Merupakan ukuran resistensi terhadap
deformasi.deformasi.

Gaya gesek dalam fluida dihasilkan oleh Gaya gesek dalam fluida dihasilkan oleh
kohesi dan pertukaran momentum antar kohesi dan pertukaran momentum antar
molekul-molekul fluida. molekul-molekul fluida.

Terdapat perbedaan perilaku antara cairan Terdapat perbedaan perilaku antara cairan
dan gas terhadap perubahan suhu. dan gas terhadap perubahan suhu.

Fluida ideal: tidak memiliki viskositas, Fluida ideal: tidak memiliki viskositas,
viskositas = 0. viskositas = 0.

23. ViskositasViskositas

FF AU / Y AU / Y

=F/A==F/A= U/Y U/Y
= =  du/dy du/dy
 = =  / (du/dy), / (du/dy),
 “ “Persamaan viskositas Persamaan viskositas
Newton”Newton”
 = viskositas dinamik= viskositas dinamik
Satuan: N.det/mSatuan: N.det/m
22
atau atau Pa Pa
ss atau kg/(m det) atau kg/(m det)
Dalam CGS, satuan
viskositas = 1 g/(cm s) = 1 P
(poise)
1 Pa.s = 10 P = 1000 cP

24. ViskositasViskositas

Viskositas kinematik = Viskositas kinematik =  = =  / / 

Satuan viskositas kinematik:Satuan viskositas kinematik:

mm
22
/s = 1 . 10/s = 1 . 10
4 4
StokesStokes

1 cm1 cm
22
/s = 1 St (stokes)/s = 1 St (stokes)

25. ViskositasViskositas

26. ViskositasViskositas

Newtonian fluid: fluida dengan Newtonian fluid: fluida dengan  konstan konstan

Plastis, Plastis,  = A + B (du/dy) = A + B (du/dy)
nn
. Bingham Plastic, n = 1, contoh: sewage . Bingham Plastic, n = 1, contoh: sewage
sludge (limbah berupa sludge/bubur), pasta gigi, sludge (limbah berupa sludge/bubur), pasta gigi, offshore mud.offshore mud.

Dilatant fluid: viskositas bertambah jika Dilatant fluid: viskositas bertambah jika tegangan geser tegangan geser
bertambah. (bertambah. (shear thickening fluidshear thickening fluid): contoh: tepung jagung + air.): contoh: tepung jagung + air.

Pseudo plastic fluid: viskositas menurun jika Pseudo plastic fluid: viskositas menurun jika tegangan geser tegangan geser
bertambah. Contoh: bertambah. Contoh: hair styling gel hair styling gel

Thixotropic: viskositas menurun terhadap waktu pemberian gaya Thixotropic: viskositas menurun terhadap waktu pemberian gaya
(shearing force). Tinta khusus untuk keperluan luar angkasa.(shearing force). Tinta khusus untuk keperluan luar angkasa.

Rheopetic: viskositas meningkat terhadap waktu pemberian gaya. Rheopetic: viskositas meningkat terhadap waktu pemberian gaya.
Contoh: pelumasContoh: pelumas
..
movie

27. Pengaruh suhu terhadap Pengaruh suhu terhadap
viskositasviskositas
ST
CT


2/3

TB
De
/

Untuk Gas, Persamaan
Sutherland
C, S: konstanta empirik
T : suhu absolut
Untuk Liquid, Persamaan
Andrade
D, B: konstanta empirik
T : suhu absolut

28. KompresibilitasKompresibilitas
Volume awal = VVolume awal = V
0 0 , volume akhir V, volume akhir V
00 - - VV
Tekanan akhir = P = PTekanan akhir = P = P
00++PP
P P  (- (- V / VV / V
00))
= - K (= - K (V / VV / V
00))
= K (= K ( / / 
00))
K = Bulk modulus of elasticity of liquid, N/mK = Bulk modulus of elasticity of liquid, N/m
22
C = 1/K, kompresibilitas.C = 1/K, kompresibilitas.

29. KompresibilitasKompresibilitas
00
2
V
V
V
dVd
V
dV
V
dV
V
m
dV
V
m
d
V
m













30. KompresibilitasKompresibilitas
Hitung kerapatan (density) air laut pada kedalaman 200 Hitung kerapatan (density) air laut pada kedalaman 200
m dibawah muka air laut. Kerapatan di permukaan m dibawah muka air laut. Kerapatan di permukaan
adalah 1025 kg/madalah 1025 kg/m
33
. K . K
airair = 2.3 x 10 = 2.3 x 10
99
N/m N/m
22
..
Pada kedalaman 200m, Pada kedalaman 200m,
(asumsi (asumsi  konstan), konstan), P = P =  g h = 1025 x 9.81 x 200=2.01 g h = 1025 x 9.81 x 200=2.01
x 10x 10
66
N N
P = K (P = K ( / / 
00))
 = (= (P x P x 
00)/K = 0.896 kg/m)/K = 0.896 kg/m
33
’ ’ = = 
00 + +  = = 1025.896 kg/m1025.896 kg/m
33

31. Tegangan Permukaan / Surface Tegangan Permukaan / Surface
Tension (Tension ())

Permukaan cairan berperilaku seperti sebuah Permukaan cairan berperilaku seperti sebuah
membran elastis yang mengalami tarikan.membran elastis yang mengalami tarikan.

Molekul pada liquid pada dasarnya tertarik ke segala Molekul pada liquid pada dasarnya tertarik ke segala
arah oleh molekul lain disekelilingnya.arah oleh molekul lain disekelilingnya.

Namun, pada permukaan, gaya yang terjadi tidak Namun, pada permukaan, gaya yang terjadi tidak
seimbang, sehingga molekul dipermukaan ditarik ke seimbang, sehingga molekul dipermukaan ditarik ke
arah kumpulan massa cairan.arah kumpulan massa cairan.

Adanya tegangan permukaan akan meminimalkan Adanya tegangan permukaan akan meminimalkan
luas permukaan. Contoh: titik cairan akan luas permukaan. Contoh: titik cairan akan
cenderung membentuk menyerupai bola. cenderung membentuk menyerupai bola.
movie

32. Tegangan Permukaan / Surface Tegangan Permukaan / Surface
Tension (Tension ())

33. Efek KapilerEfek Kapiler

34. Efek KapilerEfek Kapiler

Dari keseimbangan antara Dari keseimbangan antara tegangan tegangan
permukaanpermukaan dan komponen dan komponen berat dari zat cair berat dari zat cair
yang naikyang naik, dapat diperoleh harga kenaikan , dapat diperoleh harga kenaikan
atau penurunan muka air dalam pipa:atau penurunan muka air dalam pipa:
h=(4h=(4 Cos Cos ) / () / ( D) D)

Dalam pengukuran menggunakan kolom air, Dalam pengukuran menggunakan kolom air,
perlu diperhatikan adanya koreksi akibat efek perlu diperhatikan adanya koreksi akibat efek
kapiler.kapiler.

35. Efek KapilerEfek Kapiler
Susunlah suatu persamaan Susunlah suatu persamaan
kenaikan/penurunan muka zat cair diantara kenaikan/penurunan muka zat cair diantara
dua pelat vertikal yang paralel.dua pelat vertikal yang paralel.
2 2  Cos Cos  L = b h L L = b h L 
h =( 2 h =( 2  Cos Cos  ) / (b ) / (b ))

36. TekananTekanan

Tekanan = gaya normal per unit luas, N/mTekanan = gaya normal per unit luas, N/m
22

1 Pascal (Pa) = 1 N/m1 Pascal (Pa) = 1 N/m
22

1 bar = 100,000 N/m1 bar = 100,000 N/m
22
= 1x10 = 1x10
55
PaPa

Tekanan relatifTekanan relatif
PP
gaugegauge= Tekanan di atas tekanan atmosfir P= Tekanan di atas tekanan atmosfir P
atmatm
PP
absabs = Tekanan di atas vacum = P = Tekanan di atas vacum = P
gaugegauge+ P+ P
atmatm

Tekanan Atmosfir = 1 bar = 100,000 Pa abs.Tekanan Atmosfir = 1 bar = 100,000 Pa abs.

37. Cepat Rambat SuaraCepat Rambat Suara

Kecepatan rambat gangguan/tekanan pada Kecepatan rambat gangguan/tekanan pada
suatu medium (c)suatu medium (c)


K
c
d
dp
c



38. Tekanan UapTekanan Uap
Zat cair Zat cair
uap
•Zat cair akan mengalami penguapan apabila
memiliki permukaan terbuka.
•Apabila berada dalam ruang tertutup maka akan
timbul tekanan uap.