DINAMIKA FLUIDA, PERSAMAAN KONTINUITAS, BERNOULI, TORICELLI, EFEK VENTURI, ALIRAN VISCOS & BILANGAN REYNOLDS

Sebagai mahasiswa Teknik Mesin, akan mengenal dan bertemu mengenai Dinamika Fluida, Persamaan Kontinuitas, Bernouli, Toricelli, Efek Venturi, Aliran Viskos dan Bilangan Reynolds. Mari kita diskusi dan baca mengenai hal diatas.


DINAMIKA   FLUIDA.

Fluida yang dibahas pada bagian ini adalah fluida dalam  keaadaan bergerak dengan memperhati kan  beberapa keadaan antara lain :

1. Arus stationer,  medan  vector  v  tidak berubah  bersama  dengan  waktu , hanya dengan tempat .

2. Fluida adalah  inkompresble, yaitu  kerapatan konstan diseluruh fluida.

3. Aliran anturbulen dan keadaan tunak (steady atate).

Aliran dapat digambarkan dengan lengkungan-lengkungan  streamline (garisarus ) yaitu, lengku- ngan- lengkungan dimana  kecepatan aliran selalu  menyinggung  lengkungan  tsb.


             
Macam-macam aliran arus :

1. Aliran homogen, semua  bagian tabung  arus adalah  lurus dan sejajar  serta kecepatannya sama pada tiap- tiap tabung.

2. Aliran  viscous adalah  cairan  kental, sedangkan  cairan  encer adalah  cairan  yang  tidak mengalami kehilangan energy  karena alirannya

3. Aliran  turbulensi,  aliran  air  mengalir  dalam  arus  yang teratur  tetapi kemudian  mulai berputar secara  tidak teratur karena adanya sirkulasi dari  kecepatan. 

PERSAMAAN  KONTINUITAS.

Gambar dibawah   ini menunjukkan tabung arus ( pembuluh  aliran ) :

Volume  V1 = V2 ®     A1 . v1  =  A2 ..v2

Besaran  A. v  dinamakan  laju aliran  volume  atau  kepasatan  aliran  dengan  satuan  m³/dt dan

Iv   =   A.v=  konstan,  PERS. KONTINUITAS

Persamaan  diatas  menunjukkan  perkalian  A.v  disetiap  pembuluh aliran  adalah  konstan.

Contoh Soal .
1. Minyak  mengalir   melalui  pipa  berdiameter   6  cm  dengan   laju  3  m/dt .  Berapakah laju aliran volume  dalam  m³/dt  dan  m³ / jam.

Jawab,  Q =  Iv  =  A. v  =  π r² . v  =  (3,14 ) ( 0,03 m) ²  ( 3 m/dt )  =  0,00848   m³/dt =  ( 0,00848 m³/dt) ( 3600 dt/ jam ) = 30,53 m³/ jam.


PERSAMAAN  BERNOULLI.


Fluida berada pada  titik 1 dan  2 . Titik ini berada pada  ketinggian  h1,  dengan  kecepatan v1,  rapat   massa   rdan  tekanan  fluida   p1 . Setelah  Δt,   fluida  akan  berpindah sepanjang  pipa, dan  berada  dalam daerah  titik   1’2’. Titik  ini berada pada  ketinggian h2, kecepatan  v2, rapat massa  rdan  tekanan  fluida   p2.

Dengan  menggunakan  teorema  kerja – energy,  yaitu  :

Perubahan  energy  potensial, ΔEp  =  Δm .g (y2 - y1) =  ρ . ΔV .g (y2 – y1),

Perubahan  energy  kinetic, ΔEk   =  ½ . Δm (v2² - v1²)  dan

Kerja, W1  = F1 . Δx1,  dan W2 = F2.Δx2 ,pada 1 1’ ;22 .

Hasil  penjabaran diperoleh  persamaan :

p1  +r1 . g .h1  +½r. v   =   p2   +    r2 . g. h2  +½r.v
atau,
P   +   r.g.h+  ½r. v²   =    konstan  =  PERS.  BERNOULLI  

Pers Bernoulli berlaku untuk fluida dengan aliran tunak inkompresible dan  nonviskos. Persamaan ini sampai  pada  taraf  tertentu  dapat digunakan  untuk  fluida  kompresible seperti  gas.

Untuk  fluida yang  diam ,   v1  =  v2  =  0,    persamaan   Bernoulli   dapat dituliskan :

p1  -  p2  =   r. g .( h2  -  h1 ) =  r . g .h


Contoh Soal.

1.Sebuah  pipa dengan  diameter   15 cm  di titik 1,dan berdiameter   10  cm  di  titik  2. Di  titik 1 tekanan  adalah  200  kPa  dan  titik   2  letaknya  5 m   lebih  tinggi   dari  titik  1.  Kalau  dalam  pipa  dialairkan  minyak   (ρ = 800  kg/m³ ),   dengan  kecepatan   0,0   m³/det,  berapa tekanan  dititik  2,  sedangkan viscositas  di abaikan.

Jawab : Persamaan kontinuitas
Q  =  v1 . A1  =  v2 . A2
v1  =  Q / A1   =  0,04 / π( 0,075 )²  =  2,26  m / dt.
v2  = Q / A 2  =  0,04 / π( 0,005 )²  =  5,10  m / dt.


Persamaan Bernoulli  →   p1  + r1 . g .h1  +   ½r. v   =   p2   +  r2 . g. h2  +  ½r. v
                                       200.10³.  +  800 ( 9,8, ) ( 0- 5)  =   p2   +  ½ ( 800 ) ( 5,10²  -  2,26² ) 

Maka, P2  Pa

PERSAMAAN  TORICELLI.  
Tangki dengan lubang kecil,tinggi  h dibawah permukaan air.  Diameter lubang  << diameter tangki, Vair di a dapat diabaikan. Pers. Bernoulli  dititik a dan b :

Pa + r. g. ya  =  Pb  +r.g.yb+½ r . vb²

Bejana terbuka,  Pa  = Pb  =  tek. atmosfir,

r . g ( ya -   yb ) = ½r. vb².
          
vb  =2.g.hPers. Toricelli


EFEK  VENTURI. 


Air mengalir melalui  pipa  horizontal  yang  mempunyai bagian  yang  dipersempit. Tinggi cairan sama,  h1  =  h2,  Kelajuan  pada  bagian  penyempitan,   dimana  A<<  dan  >>v2, dan tekanan akan berkurang,  dan  dengan  mengabaikan  perubahan  ketinggian,  sehingga : 

P  +½r . v²   =   konstan.

Kelajuan  bertambah  besar ,  Tekanan  berkurang disebut EFEK  FENTURI   sedang   alatnya disebut VENTURIMETER.

ALIRAN VISCOS.

Beberapa hal yang penting dari aliran ini antara lain :
    
1. Viskositas berhubungan dengan fluida yang  tidak  encer  yaitu  adanya  gesekan  atau  friksi antar  lapisan-lapisan fluida yang  menyebabkan  kehilangan energy.

2. Arus tidak  lagi stasioner  dan ada  beda kecepatan  tiap  arus  yang disebut  dengan  aliran laminer. 


Lapisan ini akan menarik  lapisan  dibawahnya dengan  gaya  F yang  besarnya :
                                      
            F  =  η  v A / d
Keterangan :

v = kecepatan pada keeping atas, sedang pada keeping bawah v = 0
η = koefisien viskositas  N dt/m²  =  Pa.dt  atau Dyne dt / cm²  =  poise, 1 Pa dt   =  10 poise. Ukuran kekentalan  juga bisa dalam  bilangan SAE( Society ofAutomotive  Engineers)
d = jarak antara 2 keping/plat.

Pada  umumnya,  viskositas  cairan   bertambah   bila  temperature   berkurang.  Untuk  iklim
yang  dingin, minyak dengan  derajat  yang  lebih  encer  digunakan  untuk  melumasi  mesin
mobil  di musim dingin di bandingkan di musim panas.


3. Menentukan viskositas
  
Salah satu cara untuk  menentukan   nilai  η  suatu  fluida, dengan  menggunakan Persamaan Stokes,  yaitu  sebuah  bola kecil  dengan  jari-jari   r,  kerapatan  jenis  bola  ρb, di  jatuhkan pada  tabung  berisi  Fluida dengan  kerapatan  ρf .
BILANGAN REYNOLDS.

Bilangan  Reynolds  adalah  bilangan  yang   menyatakan  batas-batas  aliran  dalam   fluida bersifat  Laminar atau Turbulen.  Bilangan Reynolds, NR  didapatkan dari  eksprimen  yaitu :

                                                ρ   kerapatan fluida
          NR  =  ρ v d /η   }    v  kecepatan arus,  d  diameter tabung
                                               
                                                η   viskositas   
                                           
          NR  <  2000, aliran laminer
          NR   > 3000,  aliran turbulen
         2000 < NR < 3000, arus tak stabil

Komentar

Postingan populer dari blog ini

Melubangi Batu Terkeras

Kinematikan dan Dinamika - Kecepatan Sudut

Kabar Terkabari.