F l u i d a

Mechanical Engineering of Muhammadiyah University of Riau

Fasa dari suatu material :

Padat

Cair

Gas

Wujud padat selalu mempertahankan b entuk dan ukuran yang tetap,

sedangkan zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuk yang tetap ,

keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir, sehingga dapat

disebut sebagai fluida

Beberapa hal yang perlu diketahui menyangkut fluida :

1. Massa jenis

2. Tekanan pada Fluida

3. Tekanan atmosfer dan tekanan terukur

4. Prinsip Pascal

5. Pengukuran tekanan ; Alat ukur dan barometer

6. Pengapungan dan Prinsip Archimedes

7. Gerak fluida ; Laju aliran dan Persamaan Kontinuitas

8. Persamaan Bernoulli

1. Massa Jenis adalah :

Dimana :m = massa benda (kg)V = volume (m3)

Temperatur dan tekanan mempengaruhi massa

jenis zat walaupun efeknya kecil untuk zat cair dan

padat

Contoh. Berapa massa bongkahan es yang mempunyai radius 18 cm ?

2. Tekanan Pada Fluida

Tekanan didefinisikan sebagai gaya persatuan luas, di mana gaya F

dipahami bekerja tegak lurus terhadap permukaan A

Fluida akan memberi tekanan ke segala arah

Contoh. Permukaan air di dalam tangki penyimpanan berada 30 cm diatas keran

air di dapur sebuah rumah, hitung tekanan air pada keran

3. Tekanan Atmosfer dan Tekanan Terukur

Tekanan udara di suatu tempat tertentu sedikit bervariasi menurut cuaca. Pada

permukaan laut, rata-rata tekanan atmosfer adalah 1,013 X 105 N/m2 ( 14,7

lb/in2 ) atau yang sering disebut dengan tekanan atmosfer

Sebagian besar pengukur tekanan lainnya, mencatat tekanan tanpa

memperhitungkan tekanan atmosfer, tekanan ini disebut dengan tekanan

terukur (pressure gauge)

Untuk mendapatkan tekanan absolut , P kita harus menambahkan tekanan

atmosfer dengan tekanan terukur

Gerak fluida; Laju aliran dan Persamaan Kontinuitas

Pertama kita tentukan bagaimana laju fluida berubah ketika ukuran tabung berubah

Laju aliran massa adalah massa dari fluida yang melewati titik tertentu persatuan

waktu .

Sehingga laju aliran massa

Volume fluida yang melewati titik 1 (yaitu, melalui luas ) dalam waktu adalah

,dimana adalah jarak yang dilalui fluida dalam waktu

Sehingga kalau disederhanakan menjadi :

Maka persamaan di bawah ini disebut persamaan kontinuitas :

Persamaan Bernoulli : “Menyatakan bahwa dimana kecepatan fluida tinggi, tekanan rendah, dan dimana kecepatan rendah, tekanan tinggi

Fluida melakukan kerja sebesar :

Pada titik 2 kerja yang dilakukan pada fluida sebesar :

Tanda negatif karena gaya yang diberikan pada fluida berlawanan dengan gerak

Kerja juga dilakukan pada fluida oleh gaya gravitasi, kerja yang

dilakukan oleh gravitasi adalah :

Sehingga kerja total W yang dilakukan pada fluida adalah :

Menurut prinsip kerja energi, kerja total yang dilakukan pada sistem sama

dengan perubahan energi kinetiknya

Jika persamaan tersebut diatas disederhanakan :

Disebut persamaan Bernoulli

Contoh :

Air beredar di sebuah rumah pada suatu sistem pemanas air. Jika air

dipompa dengan laju 0,50 m/s melalui pipa berdiameter 4 cm di ruang bawah tanah

dengan tekanan 3 atm, berapa laju aliran dan tekanan pada pipa berdiameter 2,6 cm

di tingkat dua dengan tinggi 5 m diatasnya

Tentukan apa saja yang diketahui :

Penerapan prinsip Bernoulli :

Dengan menganggap diameter bejana lebih besar jika dibandingkan

dengan diameter keran, maka harga akan mendekati nol

Titik 1 ( keran ) dan titik 2 ( permukaan ) terbuka

terhadap atmosfer sehingga tekanan terhadap 2 titik

sama dengan tekanan atmosfer

Maka Persamaan Bernoulli akan menjadi :

Dan disebut Teorema Torricelli

Tentukan tekanan ukur air di sebuah rumah di kaki bukit yang dipasok oleh satu

tangki penuh air yang dalamnya 5 m dan dihubungkan kerumah tersebut dengan

pipa yang panjangnya 110 m dan membuat sudut 580 dengan horisontal. Abaikan

turbulensi, efek gesekan dan kekentalan

Air dengan tekanan 3,8 atm pada ketinggian jalan mengalir ke sebuah

gedung perkantoran dengan laju 0,60 m/s melalui pipa berdiameter 5 cm.

Pipa mengecil menjadi diameter 2,6 cm di lantai paling atas, 18 m diatas

jalan . Hitung kecepatan alir dan tekanan pada pipa seperti itu di lantai atas.

Abaikan viskositas, Tekanan adalah tekanan ukur

Berapa gaya angkat ( dalam newton) yang disebabkan oleh prinsip Bernoulli pada

sayap yang luasnya 80 m2 jika udara melewati permukaan atas dan bawah dengan

laju 340 m/s dan 290 m/s

Anda memerlukan pipa pindah (siphon) untuk memindahkan air dari bak cuci yang

tersumbat. Bak cuci tersebut memiliki luas 0,48 m2 dan terisi sampai ketinggian 4 cm.

Tabung siphon anda naik 50 cm ke atas dasar bak cuci dan kemudian turun 100 cm ke

sebuah ember. Tabung siphon berdiameter 2 cm.

a. Dengan menganggap bahwa air memasuki tabung siphon dengan kecepatan yang

hampir nol , hitung kecepatannya ketika memasuki ember

b. Perkirakan berapa lama waktu yang diperlukan untuk mengosongkan bak cuci

tersebut.