1 Mekanika Fluida Sifat-sifat Fluida

1

2

MEKANIKA FLUIDA

Merupakan cabang mekanika terapan yang berkenaan dengan tingkah laku fluida dalam keadaan diam dan bergerak. Apabila dalam statika fluida, berat merupakan sifat penting; dalam aliran fluida kerapatan dan kekentalan merupakan sifat-sifat utama.

Fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan diri dengan bentuk wadah tempatnya. Bila berada dalam keseimbangan, fluida tidak dapat menahan gaya tangensial.

Fluida dapat digolongkan ke dalam cairan atau gas. Perbedaan utama antara cairan dan gas, yaitu :• Cairan praktis tidak kompressibel , sedangkan gas kompressibel.

• Cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan bebas sedangkan gas dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh bagian wadah tempatnya.

DEFINISI FLUIDA

Satuan dasar yang digunakan yaitu :• kilogram (kg) untuk massa• meter (m) untuk panjang• detik (dtk) untuk waktu

SATUAN-SATUAN SISTEM INTERNASIONAL (SI)

Semua satuan yang lain bisa diturunkan dari ketiganya. Misalnya :• Satuan gaya yang diturunkan dari satuan tersebut adalah newton (N)

• Satuan volume adalah m3

• Satuan percepatan adalah m/dtk2

• Satuan kerja adalah Nm yang disebut Joule (J)• Satuan tekanan adalah N/m2

Jika data diberikan dalam satuan lain, data tersebut harus dikonversi lebih dulu ke satuan SI.

KERAPATAN MASSA SUATU ZAT (r)Rapat suatu zat adalah massa dari volume satuan zat tersebut. Untuk cairan rapatnya bisa dianggap tetap untuk perubahan-perubahan tekanan praktis. Rapat air adalah 1000 kg/m3 pada 4o C.

Rapat gas bisa dihitung dengan menggunakan persamaan keadaan gas.

pvs T

= R

Di mana p adalah tekanan mutlak dalam Pascal, vs volume spesifik per satuan massa m3/kg, suhu T adalah suhu mutlak dalam oK (273 + oC) dan R merupakan tetapan gas dalam J/kg K. Karena r = 1/vs persamaan di atas bisa dituliskan

p R T

r =

KERAPATAN RELATIF SUATU BENDAKerapatan relatif suatu benda adalah bilangan murni yang menunjukkan perbandingan antara massa suatu benda dengan massa suatu zat yang bervolume sama yang ditentukan sebagai patokan. Padatan dan cairan menggunakan air (pada 4o C) sebagai patokan, sedangkan untuk gas seringkali menggunakan udara bebas yang mengandung CO2 atau hidrogen (pada 0o C dan tekanan 1 atmosfir =1.013 x 105 Pa) sebagai patokan.

Kerapatan relatif suatu zat = Massa air yang bervolume

sama

Massa zat tersebut

=Kerapatan zat

Kerapatan air

KEKENTALAN (VISKOSITAS) SUATU FLUIDAKekentalan (viskositas) suatu fluida adalah sifat yang menentukan daya tahannya terhadap gaya geser. Kekentalan terutama diakibatkan oleh saling pengaruh antara molekul fluida.

Pada gambar di atas, dua lempengan besar sejajar, terpisah pada jarak y yang kecil, ruang antara lempengan diisi dengan suatu fluida. Anggap lempengan sebelah atas digerakkan oleh suatu gaya tetap F dan karenanya bergerak dengan kecepatan tetap U. Fluida yang bersentuhan dengan lempengan sebelah atas akan melekat kepadanya dan akan bergerak pada kecepatan U, dan fluida yang bersentuhan dengan lempengan diam akan mempunyai kecepatan nol. Jika jarak y dan kecepatan U tidak terlalu besar, variasi kecepatan akan merupakan suatu garis lurus.

TEKANAN UAPBila terjadi penguapan dalam suatu ruang tertutup, tekanan parsial yang dihasilkan molekul-molekul uap disebut tekanan uap. Tekanan uap tergantung pada suhu dan bertambah bersamanya.

TABEL 1. SIFAT MEKANIK AIR PADA TEKANAN ATMOSFIR

TEGANGAN PERMUKAANSebuah molekuk di bagian dalam suatu cairan berada di bawah pengaruh gaya-gaya tarik ke semua arah dan jumlah vektor dari gaya-gaya tersebut adalah nol. Tetapi sebuah molekul di permukaan suatu cairan dipengaruhi oleh suatu jaringan gaya kohesif ke dalam yang tegak lurus ke permukaan. Akibatnya dibutuhkan kerja untuk menggerakkan molekul-molekul ke permukaan untuk melawan gaya penentang ini dan molekul permukaan memiliki lebih banyak energi dari yang di dalam.Tegangan permukaan suatu cairan adalah kerja yang harus dilakukan untuk membawa cukup banyak molekul dari sebelah dalam cairan tersebut ke permukaan untuk membentuk satu satuan luas yang baru dari permukaan itu.

KAPILARITASNaik atau turunnya cairan dalam suatu tabung kapiler (atau dalam suatu keadaan serupa, seperti misalnya dalam zat yang berpori) disebabkan oleh tegangan permukaan dan tergantung pada besarnya kohesi relatif cairan dan dan adhesi cairan ke dinding wadah tempatnya. Cairan naik dalam tabung yang dibasahinya (adhesi > kohesi) dan turun dalam tabung yang tak dibasahinya (kohesi > adhesi). Kapilaritas menjadi penting bila menggunakan tabung-tabung yang diameternya < 10 mm.

TEKANAN FLUIDATekanan fluida dipancarkan dengan kekuatan yang sama ke semua arah dan bekerja tegak lurus pada suatu bidang. Dalam bidang datar yang sama kekuatan tekanan dalam suatu cairan sama. Tekanan dinyatakan sebagai gaya per satuan luas.

p = F / A

Di mana :P : N/m2 atau PaF : NewtonA : m2

Contoh Soal1.Hitung kerapatan massa (r) dan

volume spesifik (vs) metana pada 40oC pada tekanan 8.3 bar.

2.Jika 5.6 m3 minyak beratnya 46800 N, hitung rapat massa (r) dan rapat relatifnya.

3.Pada 32oC dan tekanan 2 bar, volume spesifik (vs) suatu gas tertentu 0.74 m3/kg. Tentukan tetapan gas tersebut dan rapat massanya (r).

Tabel Sifat-sifat Pendekatan Dari Beberapa Gas