Viskositas zat cair dibedakan menjadi dua yaitu viskositas dinamis (μ) atau viskositas absolut dan viskositas kinematik (v). Jika suatu benda berada dalam zat cair diam, maka benda tersebut akan diberi gaya yang disebabkan oleh tekanan zat cair tersebut. Persamaan (3.16) menggambarkan bahwa tekanan hidrostatik hanya bergantung pada kedalaman zat cair (h), sehingga kedalaman yang sama akan memberikan tekanan yang sama, walaupun bentuk tangki (reservoir) berbeda.
Besarnya gaya hidrostatik (F) dapat dinyatakan sebagai berikut dimana B adalah lebar tegak lurus bidang bayangan, ) adalah berat jenis zat cair dan gaya yang bekerja pada titik penangkapan † =!$ℎ, diukur dari permukaan air. Apabila suatu benda berada dalam zat cair diam maka akan mengalami gaya hidrostatis yang disebabkan oleh tekanan zat cair tersebut. Setelah diperoleh kecepatan maka dapat diperoleh distribusi tekanan dan gaya yang bekerja pada fluida.
PENDAHULUAN
- Tujuan Intruksional Umum (TIU)
- Tujuan Intruksional Khusus (TIK)
- Sejarah Mekanika Fluida
- Definisi Fluida
- Dimensi dan Satuan
Permukaan zat cair dalam tangki selalu berada pada ketinggian h di atas lubang. Misalnya, pada titik tertentu, perbedaan ketinggian permukaan zat cair di kedua kolam adalah H, dan laju aliran juga sama.
SIFAT-SIFAT ZAT CAIR
Tujuan Intruksional Umum (TIU)
Tujuan Intruksional Khusus (TIK)
Pendahuluan
Rapat Massa (density)
Berat jenis (γ) adalah berat suatu benda per volume pada suhu dan tekanan tertentu, dan berat suatu benda adalah hasil kali massa jenis massa (ρ) dan percepatan gravitasi (g). ) = &. Karena pengaruh suhu dan tekanan terhadap massa jenis zat cair sangat kecil, maka hal tersebut dapat diabaikan sehingga massa jenis zat cair dapat dianggap konstan.
Kekentalan (viscosity)
Besarnya viskositas kinematik dipengaruhi oleh suhu (T), pada suhu tinggi viskositas kinematik suatu fluida akan relatif kecil dan dapat diabaikan. Fluida Newton adalah fluida yang mempunyai tegangan geser (5) sebanding dengan gradien kecepatan normal >?.
Kemampatan (compressibility)
Tegangan permukaan (surface tension)
Jika suatu zat cair bersentuhan dengan udara atau zat lain, maka gaya tarik menarik antar molekul tidak lagi seimbang dan menyebabkan molekul-molekul pada permukaan zat cair tersebut bekerja untuk tetap membentuk permukaan zat cair tersebut.
Kapilaritas (capillarity)
Perlatihan
Soal Latihan
Koefisien kontraksi (Cc) merupakan perbandingan luas aliran vena kontrak (ac) terhadap luas lubang (a) yang sama dengan luas aliran fluida ideal. Persamaan (9.3) dapat digunakan untuk mengukur laju aliran untuk semua fluida dan berbagai bentuk lubang kecil.
STATIKA FLUIDA
Tujuan Intruksional Umum (TIU)
Tujuan Intruksional Khusus (TIK)
Pendahuluan
Tekanan
Hukum Pascal
Terakhir, jika kita substitusi persamaan (3.6) ke persamaan (3.4) dan persamaan (3.7) ke persamaan (3.5), kita peroleh: 3.9) Persamaan (3.8) dan (3.9) menggambarkan dua prinsip penting yang berlaku pada fluida diam, yaitu tidak ada perubahan tekanan pada arah horizontal, dan perubahan tekanan hanya terjadi pada arah vertikal yang sebanding dengan massa jenis. (&), percepatan gravitasi (g) dan perubahan kedalaman (∆v. Penerapan hukum Pascal sehari-hari yang mungkin kita jumpai adalah dongkrak hidrolik, rem hidrolik, pompa hidrolik, dan pengepres hidrolik.
Tekanan Hidrostatik
Apabila bahan cecair terdedah kepada udara luar, maka tekanan di atas bahan cecair ialah tekanan atmosfera (C =q+ ' = tekanan atmosfera). Jika persamaan (3.16) kita huraikan dengan menggantikan kedalaman (h) yang berubah dari sifar kepada -h, kita akan mendapat gambaran taburan tekanan hidrostatik seperti dalam Rajah 3.7.
Tekanan Atmosfer dan Manometer
Gaya Hidrostatik Pada Bidang Terendam
Penggunaan persamaan (3.18) sampai (3.27) sangat terbatas yaitu untuk bidang-bidang yang lebarnya tetap tegak lurus gambar (B) dari permukaan sampai ke bawah.
Perlatihan
Jadi besarnya gaya hidrostatis yang bekerja pada dinding kolam adalah 169,3 ton dan bekerja pada titik tangkap di permukaan air. 3) Diketahui bidang vertikal seperti pada Gambar I. Tentukan besar dan titik tangkap gaya hidrostatis di air permukaan. bidang vertikal dengan dua cara yang berbeda.
Soal Latihan
Misalnya, pada permukaan cairan h di atas lubang, laju aliran yang melalui lubang lebih kecil dari aliran masukan, yang akan menyebabkan ketinggian cairan di dalam tangki meningkat. Mengintegrasikan persamaan di atas memberikan waktu yang dibutuhkan zat cair untuk naik dari ™ 1 ke .
KESEIMBANGAN BENDA TERAPUNG
Tujuan Intruksional Umum (TIU)
Tujuan Intruksional Khusus (TIK)
Pendahuluan
Hukum Archimedes
Kestabilan Benda Terapung
Titik metasenter merupakan perpotongan antara garis vertikal yang melalui pusat daya apung benda setelah diguncang dan garis vertikal yang melalui berat benda sebelum diguncang (Gambar 4.5). Berdasarkan nilai ketinggian metasentral (m), dapat ditentukan bahwa jika m > 0 maka benda dikatakan stabil, m = 0 maka benda berada dalam kestabilan netral (indifferent), dan jika m < 0 maka benda berada dalam keadaan netral (indifferent). benda dikatakan tidak stabil adalah.
Perlatihan
Soal Latihan
Jika sebuah pompa mengangkat cairan dari satu kolam ke kolam lainnya dengan perbedaan ketinggian air. 9.6) Jika ketinggian permukaan zat cair pada aliran hilir berada di atas sisi atas lubang, maka dikatakan mengalir melalui lubang cekung (Gambar 9.6.a).
KINEMATIKA FLUIDA
Tujuan Intruksional Umum (TIU)
Tujuan Intruksional Khusus (TIK)
Pendahuluan
Garis Arus (streamlines) Dan Pipa Arus (streamtubes)
Garis singgung yang terbentuk pada setiap titik pada lintasan partikel menunjukkan arah aliran dan kecepatan partikel fluida. Karena tidak ada arus yang memotong pipa, maka fluida tidak akan keluar melalui dinding pipa.
Percepatan Dalam Aliran Air
Persamaan Kontinuitas
Pada pipa bercabang (Gambar 5.7), aliran ke titik cabang harus sama dengan debit aliran yang meninggalkan titik tersebut. Biasanya aliran yang menuju titik cabang mempunyai tanda positif dan aliran yang meninggalkannya mempunyai tanda negatif, sehingga total aliran pada titik cabang adalah nol.
Perlatihan
Soal Latihan
Jika permukaan bahan cecair di lubang keluar berada di atas bahagian atas lubang, lubang itu dikatakan tenggelam. Terbitkan bentuk persamaan untuk masa yang diperlukan untuk permukaan cecair tenggelam/timbul dalam tangki keratan rentas seragam A.
HUKUM KEKEKALAN ENERGI DAN PERSAMAAN
Tujuan Intruksional Umum (TIU)
Tujuan Intruksional Khusus (TIK)
Pendahuluan
Persamaan Euler
Persamaan Bernoulli
Persamaan (6.8) dikenal sebagai persamaan Bernoulli untuk aliran tunak satu dimensi untuk fluida ideal yang tidak dapat dimampatkan. Tinggi tekanan di titik A dan B yaitu ℎs = qs/) dan ℎ¦ = q¦/) adalah tinggi kolom zat cair yang berat per satuan luasnya memberikan tekanan sebesar qs = )ℎs dan q¦ = )ℎ¦ .
Kehilangan Energi
Garis tekanan menunjukkan jumlah tinggi tinggi tekanan dan tinggi tekanan (z + p/)), yang dapat naik atau turun searah aliran dan bergantung pada luas permukaan aliran. Kehilangan energi sekunder dapat disebabkan oleh perubahan penampang pipa, tikungan pipa, katup, dan lain-lain.
Perlatihan
Dengan mengambil garis yang melalui bagian 1 sebagai acuan, maka persamaan Bernauli dapat ditulis sebagai berikut: v + »4P+ (!PQ = v. 2) Air mengalir melalui pipa yang panjangnya 100 m dan diameter 10 cm dari titik A ke titik B Koefisien gesekan pipa f = 0,015, sedangkan koefisien kehilangan energi akibat perubahan penampang pada sambungan kolam A dan kolam B adalah Js = 0,5 dan J¦ = 1.
Soal Latihan
Laju aliran melalui lubang dapat dihitung dengan melihat aliran melalui elemen kecil dengan lebar b dan tinggi b. terletak pada kedalaman h dari permukaan zat cair. Kita akan mencari waktu yang diperlukan agar selisih luas permukaan cairan di kedua tangki berubah dari ™ ke .
SISTEM DAN JARINGAN PIPA
Tujuan Intruksional Umum (TIU)
Tujuan Intruksional Khusus (TIK)
Pendahuluan
Pipa Dengan Turbin
Di dalam baling-baling, saluran listrik turun tajam ke arah ujung hilir ventilasi yang tekanannya atmosferik. Dengan asumsi kehilangan daya sekunder dapat diabaikan, head tekanan efektif H sama dengan head statis ™V dikurangi kehilangan daya akibat gesekan ℎ•.
Pipa Dengan Pompa
Pipa Hubungan Seri
Suatu pipa disebut ekivalen jika kehilangan tekanan aliran dalam pipa ekivalen sama dengan kehilangan tekanan pada pipa yang akan diganti. Oleh karena itu, diameter D dan koefisien gesekan fe dari pipa terpanjang (atau yang ditentukan) diambil dan kemudian ditentukan panjang pipa ekuivalennya.
Pipa Hubungan Pararel
Pipa Bercabang
Apakah yang bergantung kepada sama ada ketinggian garis tekanan pada titik cawangan lebih besar atau kurang daripada ketinggian permukaan air lembangan B. Persamaan (7.20) berlaku apabila ketinggian garis tekanan pada T lebih tinggi daripada ketinggian dan permukaan air lembangan B, dan apabila sebaliknya berlaku persamaan (7.21) .
Jaringan Pipa
Aliran dalam suatu pipa harus mematuhi hukum gesekan pipa untuk aliran dalam satu pipa.
Rumus Kehilangan Tenaga Akibat Gesekan
Metode Hardy Cross
Pada masing-masing jaring tersebut, jumlah aljabar kehilangan energi adalah nol, asalkan aliran searah jarum jam (dilihat dari pusat jaring) bertanda positif, sedangkan aliran sebaliknya bertanda negatif. Jika dalam satu jaringan rugi-rugi daya akibat aliran searah jarum jam lebih besar dibandingkan sebaliknya (∑ J 9! > 0), maka arah koreksi debit berlawanan arah jarum jam (negatif).
Perlatihan
Bagian pipa yang mempunyai sambungan paralel (pipa 2 dan pipa 3) diganti dengan pipa yang setara dengan pipa 1. Karena ketinggian garis tekanan di C tidak diketahui (semua aliran tidak diketahui), maka penyelesaiannya dilakukan dengan pembuktian. dan kesalahan.
Soal Latihan
Selama selang waktu dt, permukaan zat cair mengecil sebesar dh, sehingga volume zat cair dalam tangki mengecil. Oleh karena itu, level cairan di satu tangki akan turun sementara tangki lainnya akan naik.
ALIRAN MELALUI SALURAN TERBUKA
Umum
Aliran yang melalui saluran terbuka merupakan aliran dengan permukaan bebas, sehingga terdapat tekanan udara walaupun berada pada saluran tertutup, dengan contoh saluran terbuka pada Gambar 8.1. Analisis yang dilakukan pada saluran terbuka lebih sulit dibandingkan analisis yang dilakukan pada aliran dalam pipa dan pada umumnya analisis pada saluran terbuka menggunakan persamaan empiris.
Persamaan Konservasi Massa
Persamaan Konservasi Energi
Dari persamaan (8.12) terlihat bahwa untuk penampang saluran tertentu dan debit Q, energi spesifik pada penampang saluran hanya merupakan fungsi dari kedalaman aliran. Pada energi spesifik (Es) yang sama, dapat dipertimbangkan 2 kemungkinan kedalaman, yaitu kedalaman y1 yang disebut kedalaman alternatif kedalaman y2, dan sebaliknya.
Persamaan Konservasi Momentum
Dengan menggunakan persamaan Bernoulli pada permukaan zat cair di dalam kolam dan di dalam lubang, dapat dihitung kecepatan zat cair pada titik tersebut. Selain mengeluarkan fluida melalui orifice, tangki menerima masukan fluida dengan laju aliran Q. Luapan didefinisikan sebagai bukaan pada salah satu sisi kolam atau tangki, sehingga fluida (biasanya air) dalam kolam mengalir melalui lubang tersebut. meluap.
Luapan ini tampak seperti lubang besar, dimana ketinggian permukaan cairan di bagian hulu lebih rendah dibandingkan sisi atas lubang (Gambar 9.1.b).
ALIRAN MELALUI LUBANG DAN PELUAP
Pendahuluan
Koefisien Aliran
Karena fluida mempunyai kekentalan, maka beberapa partikel yang mempunyai jalur melengkung akan mengalami kehilangan energi. Pada aliran fluida yang melalui suatu lubang terjadi kehilangan energi yang menyebabkan beberapa parameter aliran menjadi lebih kecil dibandingkan pada aliran fluida ideal yang dapat ditunjukkan dengan beberapa koefisien yaitu koefisien kontraksi, kecepatan dan debit.
Aliran melalui lubang
- Lubang kecil
- Lubang terendam
- Lubang besar
Pertimbangkan lubang segi empat sama besar lebar b dan tinggi d (Rajah 9.5) yang secara bebas menghantar kadar aliran ke udara luar (tekanan atmosfera). Jika ketinggian permukaan air di dalam tangki ialah 5.0 m di atas bahagian atas lubang, kirakan luahan aliran.
Aliran melalui satu tangki
Ketinggian muka air di bagian hulu adalah 3,0 m di atas puncak lubang dan ketinggian muka air di bagian hilir adalah 1 m di atas dasar lubang. Menyamakan kedua bentuk perubahan volume zat cair (persamaan 8.10 dan 8.11), diperoleh bentuk sebagai berikut.
Aliran melalui dua tangki
Peluap
- Debit aliran melalui peluap segi empat
- Debit melalui peluap segitiga
- Debit aliran melalui peluap trapesium
- Debit aliran melalui peluap ambang lebar
- Debit aliran melalui peluap terendam
Jadi, laju aliran yang melalui bendungan ETR adalah jumlah aliran yang melalui bendungan persegi panjang dan bendungan segitiga. Hitung aliran melalui saluran pelimpah jika koefisien aliran untuk bagian bebas dan bagian terendam adalah 0,58 dan 0,8.
Soal Latihan
