PENGANTAR ILMU HIDROLIKA, JENIS
SALURAN DAN ALIRAN
Annisa Puji Lestari Thahir, S.T., M.Eng.
OUTLINE
Pengantar Ilmu Hidrolika 01 Besaran, Satuan, dan Dimensi 02 Sifat-sifat Fluida 03
Saluran Terbuka 04
Saluran Tertutup 05
Pengertian Hidrolika
Ilmu yang mempelajari sifat-sifat dan perilaku air dalam berbagai kondisi
Ilmu terapan dan teknik yang berurusan dengan sifat-sifat mekanis fluida, yang mempelajari perilaku dari aliran air secara mikro maupun makro. Mekanika fluida meletakan dasar-dasar dari teori hidraulika ini yang difokuskan pada rekayasa dari sifat-sifat Fluida. Dalam tenaga fluida, hidraulika digunakan sebagai pembangkit, mengontrol, dan juga untuk perpindahan tenaga menggunakan fluida yang dipadatkan. Berbagai pembahasan tentang hidraulika
sendiri mencakup dalam banyak aspek sains dan juga disiplin teknik, ini termasuk kedalam konsep-konsep seperti benda aliran tertutup (misalnya Pipa), perancangan bendungan,
pompa, turbin, tenaga air, penghitungan dinamika fluida, pengukuran aliran zat cair, serta perilaku aliran saluran terbuka seperti sungai dan juga selokan.
Kata Hidraulika berasal dari bahasa Yunani hydraulikos, yang merupakan gabungan dari hydro yang berarti air dan aulos yang berarti pipa.
Pengantar Ilmu Hidrolika
Hidrostatika : Mempelajari air dalam keadaan diam.
Arahnya mempelajari gaya yang ditimbulkan oleh air dalam keadaan diam. Misalnya, perencanaan
bendungan, pintu air, stabilitas benda terapung Hidrodinamika : Mempelajari air dalam keadaan
bergerak (mengalir), perilaku air yang mengalir atau bergerak melalui saluran tertutup (pipa pengaliran/
distribusi air minum, minyak, ipal) dan saluran terbuka (sungai, saluran irigasi, drainase, bendungan dll)
Cabang Hidrolika
Prinsip-Prinsip Dasar Hidrolika
Hukum Pascal Prinsip Bernoulli Hukum Kontinuitas Hukum ini
menjelaskan bahwa tekanan yang
diberikan pada cairan akan
diteruskan ke seluruh bagian cairan secara
merata. Contoh penerapan dalam sistem rem hidrolik.
Menjelaskan hubungan antara
kecepatan aliran dan tekanan dalam cairan.
Misalnya, prinsip ini digunakan dalam desain sayap pesawat.
Dikatakan bahwa aliran cairan dalam pipa akan
tetap konstan.
Contoh nyata adalah saat mengecilnya diameter pipa, kecepatan aliran
meningkat.
Hukum Hidrostatis Menggambarkan
tekanan yang
dialami suatu titik di dalam cairan yang
diam. Hal Ini
menjelaskan bahwa tekanan akan
meningkat seiring dengan kedalaman
cairan.
Sifat Sifat Fluida
Definisi: Massa per satuan volume fluida
Simbol: ρ (rho) Satuan: kg/m³
Signifikansi dalam Hidrolika:
Mempengaruhi gaya
hidrostatik, gaya apung, dan karakteristik aliran
Massa Jenis (Density) Definisi: Ukuran resistensi fluida terhadap deformasi oleh tegangan geser atau tegangan tarik
Jenis:
Viskositas Dinamis (μ): Satuan Pa·s atau kg/(m·s)
Viskositas Kinematik (ν): Satuan m²/s Signifikansi dalam Hidrolika:
Mempengaruhi karakteristik aliran (laminar vs turbulen) dan gesekan internal fluida
Viskositas
Definisi: Kecenderungan permukaan fluida untuk melawan gaya eksternal Satuan: N/m atau J/m²
Signifikansi dalam Hidrolika:
Penting dalam fenomena kapiler dan pembentukan tetesan
Tegangan Permukaan
definisi: dalam fluida ini dipengaruhi secara langsung oleh gaya gravitasi dan densitasnya. Biasanya, untuk menghitung berat jenis cairan, kadar air digunakan sebagai standar.
Namun, hal ini berbeda ketika mengukur gas, di mana udara sering dijadikan standar.
Simbo : S Rumus : W/V Satuan : N/m³
Berat Jenis
Adhesi: Gaya tarik antara
molekul fluida dan material lain Kohesi: Gaya tarik antara
molekul-molekul fluida itu sendiri
Signifikansi dalam Hidrolika:
Mempengaruhi perilaku fluida di dekat permukaan padat dan fenomena kapiler
Adhesi dan Kohesi
Definisi: Tekanan di mana cairan berubah menjadi uap pada suhu tertentu
Signifikansi dalam Hidrolika:
Penting dalam fenomena kavitasi dan perancangan sistem pompa
Tekanan Uap
Jenis Fluida
Fluida dinamis adalah kebalikan dari fluida statis. Dalam fluida dinamis, partikel fluida bergerak dan mengalami perubahan kecepatan dan arah. Fluida dinamis seringkali dipelajari dalam mekanika fluida untuk memahami aliran fluida dalam berbagai kondisi. Ada beberapa asumsi yang sering digunakan dalam
mekanika fluida, seperti asumsi fluida adalah inkompresibel (tidak dapat ditekan), fluida memiliki viskositas yang bisa diabaikan (tidak kental), dan fluida mengalir dengan kecepatan yang konstan
(steady). Namun, perlu dicatat bahwa tidak semua fluida dinamis memenuhi asumsi-asumsi tersebut. Fluida dinamis yang mengalir di sekitar objek atau hambatan akan mengalami turbulensi atau putaran.
Dalam penerapannya, pemahaman tentang fluida statis dan dinamis sangat penting dalam berbagai bidang teknik, seperti teknik sipil, teknik mesin, dan teknik kimia, di mana pengetahuan tentang bagaimana fluida berinteraksi dengan struktur atau
peralatan lainnya sangat kritis.
Fluida Statis Fluida Dinamis
Fluida statis adalah fluida yang tidak mengalami pergerakan atau aliran. Sebuah fluida dikatakan dalam keadaan statis ketika partikel-partikel di dalamnya tidak bergerak atau berada dalam
kecepatan yang konstan. Pada keadaan ini, setiap titik dalam fluida memiliki tekanan yang sama pada kedalaman yang sama.
Fluida statis tidak mengalami perubahan tekanan secara horizontal, tetapi bisa mengalami
perubahan tekanan secara vertikal akibat gravitasi.
Contoh paling umum dari fluida statis adalah air dalam sebuah bejana atau bak yang sedang diam.
Fluida memiliki sifat-sifat khas yang membedakannya dengan zat padat. Dalam memahami fluida, kita membedakannya menjadi beberapa jenis berdasarkan karakteristik pergerakannya.
Berikut adalah penjelasan lebih mendalam tentang jenis-jenis fluida:
Hukum Pascal
P = F / A Dimana
F = Besar Gaya (N)
A = Luas penampang (m2) P = Tekanan Pascal (pascal)
Rumus Fluida Statis dan
Dinamis
01
Tekanan Hidrostatis Ph = ρ gh Dimana
Ph = Tekanan hidrostatis (J) ρ = massa jenis (kg/m3)
g = gaya gravitasi (m/s2) h = kedalaman air (m)
02
Gaya Archimedes
Fa = ρ gV Dimana
Fa = Gaya ardhimedes (N) ρ = massa jenis (kg/m3) g = gaya gravitasi (m/s2) V = volume tercelup (m3)
03 Hukum Bernoulli
Tekanan + Ekinetik + Epotensial = konstan
Dimana
P = Tekanan (pascal)
ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)
v = Kecepatan aliran fluida (m/s) g = gaua gravtasi (m/s2)
h = ketinggian (m)
04
Contoh Fluida Statis dan Dinamis
Dalam sistem rem motor hidrolik, hukum Pascal juga digunakan. Setiap rem pada kendaraan akan
dihubungkan melalui pipa-pipa ke master silinder.
Di dalam pipa-pipa penghubung dan master silinder terdapat fluida minyak. Penggunaan fluida
minyak ini bertujuan untuk meningkatkan efisiensi pengereman. Ketika tuas rem ditekan, tekanan yang dihasilkan akan merambat melalui fluida
minyak di pipa-pipa menuju master silinder.
Dalam master silinder, tekanan ini akan diperkuat sebelum akhirnya diteruskan ke rem-rem pada
roda motor. Hasilnya, walaupun tekanan awal yang diberikan oleh pengendara terasa ringan,
sistem hidrolik ini akan menghasilkan tekanan yang lebih kuat pada rem
Kapal selam merupakan salah satu contoh penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari. Kapal selam
mampu mengatur massa jenisnya di dalam air agar bisa menyelam, melayang,
dan mengapung di permukaan air.
Caranya adalah dengan mengeluarkan atau memasukkan air untuk mengurangi
atau menambah massa jenisnya.
Sayap Pesawat Terbang Rem Motor (Hidrolik)
Kapal Selam
sayap pesawat terbang memiliki peran yang sangat penting dalam kemampuan pesawat
untuk mengudara. Fenomena aerodinamika yang mendasari kinerja sayap pesawat dapat
dijelaskan melalui prinsip-prinsip fisika, terutama hukum Bernoulli.Ketika pesawat
terbang, aliran udara mengalir di sekitar sayap. Hukum Bernoulli menyatakan bahwa
pada aliran fluida yang stabil, tekanan dan kecepatan aliran berbanding terbalik. Ini berarti jika kecepatan aliran udara meningkat,
tekanan pada area tersebut akan berkurang.
Di sisi lain, jika kecepatan aliran udara berkurang, tekanan akan meningkat.
Jenis Saluran
Saluran Terbuka
Definisi: saluran di mana air mengalir dengan permukaan bebas, Saluran terbuka bekerja dengan
aliran air secara alami karena gradien. Gradien adalah perbedaan tinggi permukaan air antara awal dan akhir saluran. Air akan mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah secara alami karena gaya gravitasi. Saluran terbuka juga dapat menggunakan pompa untuk mengalirkan air jika perlu. Pada umumnya, saluran terbuka memerlukan air yang dipasok secara terus-menerus untuk menjaga aliran tetap berjalan.
Karakteristik: dipengaruhi gravitasi, tekanan atmosfer Contoh: sungai, kanal, selokan
Saluran Tertutup
Definisi: saluran di mana air mengalir penuh tanpa permukaan bebasSaluran tertutup bekerja dengan menggunakan pompa untuk mendorong fluida melalui pipa atau saluran tertutup. Tekanan yang
dihasilkan oleh pompa memungkinkan fluida mengalir melalui saluran dan mencapai tujuan yang
diinginkan. Saluran tertutup memiliki kontrol yang lebih baik atas aliran fluida karena dapat diatur dan dimonitor secara lebih efektif. Selain itu, saluran tertutup juga dapat mengontrol suhu, kelembaban, dan komposisi fluida dengan lebih baik.
Karakteristik: aliran dipengaruhi oleh tekanan
