Nama: Alfiandy Ernanda Pratama

NIM: 230102141

Prodi: Teknik Mesin REG B

Publikasi 21 November 2023

Dinamika Fluida

Dinamika fluida merupakan sebutan untuk segala benda maupun zat yang dapat mengalir, segala bentuk yang dapat mengalir dinamakan fluida, fluida memiliki bentuk sebagai zat cair, gas dan udara. Zat cair, gas dan udara disebut fluida karena dapat mengalir dari suatu kedudukan ke kedudukan lainya atau dari suatu tempat ke tempat lainnya namun beda halnya dengan zat padat, zat padat tidak dikatakan sebagai fluida karena zat padat tidak dapat mengalir. Fluida adalah zat yang dapat berubah bentuk dengan mengikuti aliran atau benda yang dilaluinya serta wadah yang ditempatinya. Keberadaan fluida tidak dapat terpisahkan dari kehidupan manusia karena setiap saat manusia selalu besinggungan dengan fluida yang berbentuk cair, gas dan udara. Dinamika fluida adalah ilmu yang mempelajari dinamika dari fluida dan gas, dinamika fluida terbagi menjadi tiga bagian yaitu yang pertama adalah hidrodinamika yaitu ilmu yang mempelajari dinamika aliran zat cair, gas dinamika ilmu yang mempelajari dinamika aliran gas dan aerodinamika ilmu yang mempelajari aliran dinamika udara. Untuk memahami aliran fluida maka harus mengetahui beberapa sifat fluida yaitu:

Kerapatan (Density)

Kerapatan suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut yang dinyatakan dalam masa per satuan volume. Sifat ini ditentukan dengan cara menghitung perbadingan yang terjadi antara zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume yang dirumuskan sebagai berikut:

Spesific Grafity (s.g)

Spesific Grafity adalah sifat yang digunakan untuk membandingkan antara suatu zat dengan kerpatan air. Dikarenakan kerapatan semua zat cair bergantung pada temperatur serta tekanan. Maka temperatur zat cair yang dipertanyakan dan dijadikan sebagai acuan harus dinyatakan untuk mendapatkan harga-harga gravitasi yang tepat, yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

Tekanan/Pressure

Pressure atau yang disebut dengan tekanan adalah sebuah istilah untuk besaran sebuah gaya yang diberikan ke suatu area permukaan tertentu, yang dirumuskan sebagai berikut:

Kekentalan/Viskositas

Kekentalan merupakan sebuah ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap perubahan sebuah bentuk, yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

Viskositas Dinamis

Viskositas Kinematis

 

Jenis-Jenis Fluida

Dalam pengelompokan jenisnya, jenis fluida dibagi menjadi dua jenis sesuai dengan kondisi dari fluida itu sendiri yaitu:

Fluida Statis (Fluida Diam)

Fluida statis atau dapat diartikan sebagai fluida yang dalam kondisi diam atau tidak bergerak seperti contoh air dalam kolam, air dalam sumur, udara dalam balon dan lain sebagainya dan hukum-hukum yang bermanfaat dalam keadaan ini seperti hukum pascal, hukum Archimedes, hukum boyle dan yang lainnya.

Fluida Dinamis (Fluida Bergerak)

Fluida dinamis atau dapat diartikan sebagai fluida yang bergerak dapat dicontohkan seperti air yang mengalir, udara yang berhembus dan lain sebagainya. Biasanya keadaan ini seiring berjalannya waktu dimanfaatkan sebagai pembangkit energi terbarukan untuk mengubah energi potensial daripada fluida dinamis menjadi energi mekanik yang akan menghasilkan energi listrik. Adapun beberapa perumusan yang digunakan dalam perhitungan fluida statis dan fluida dinamis adalah sebagai berikut:

1. Hukum pascal
   Hukum pascal menyatakan bahwa: "tekanan yang diberikan kepada fluida dalam sebuah ruangan tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah”.
2. Tekanan Hidrostatis
   
3. Gaya Archimedes
   Hukum Archimedes menyatakan bahwa: “suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam zat cair akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan besar zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”. Yang dirumuskan sebagai berikut:
   
   
   
4. Hukum Bernoulli
   Hukum Bernoulli menyatakan bahwa:
   1. Fluida tidak bisa dimampatkan atau istilah lainnya (incompressible) dan nonviscous.
   2. Tidak ada kehilangan energy terhadap gesekan antara fluida dan dinding pipa.
   3. Tidak ada energy panas yang ditransfer melintasi batas-batas pipa untuk cairan baik sebagai keuntungan maupun kerugian panas.
   4. Tidak ada pompa dibagian pipa.
   5. Aliran fluida laminar (bersifat tetap).
   Hukum Bernoulli dapat dirumuskan sebagai berikut:
   Tekanan + Ekinetik + Epotensial = Konstan
   

Aliran Fluida

Aliran fluida dalam mekanika fluida dibedakan menjadi tiga jenis aliran yaitu:

1. Aliran Laminer
   Aliran dikatakan laminar apabila suatu aliran bergerak continue secara teratur dan tidak saling berpotongan, aliran laminar juga terjadi apabila kecepatan alirannya rendah. Dalam aliran laminar viskositas berfungsi sebagai peredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan.
2. Aliran Transisi
   Aliran transisi merupakan perubahan alira dari laminar menjadi turbulen dimana dalam hal ini terjadinya sebuah transisi atau peralihan tergantung dari viskositas.
3. Aliran Tubulen
   Aliran tubulen adalah aliran yang bergerak secara tidak teratur karena mengalami percampuran serta putaran partikel sehingga terjadinya pertukaran antar momentum dalam skala besar. Sehingga dalam aliran turbulen akan menyebabkan tegangan geser yang terjadi secara merata sehingga hal ini akan menyebabkan kerugian aliran.

Untuk mengetahui jenis aliran fluida dilakukan dengan apa yang disebut dengan Bilangan Reynolds (Re) yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

Contoh soal fluida dinamis dan pembahasannya.

1. Minyak mengalir melalui pipa berdiameter 8 cm dengan kecepatan 5 m/s. Kecepatan alir minyak adalah...m3/s.

Diketahui:

A = πr2 = π (0,04 m)2 = 0,0016π m2

v = 4 m/s

Cara menghitung kecepatan alir minyak (debit minyak) sebagai berikut.

Q = A . v

Q = 0,0016π m2 . 4 m/s = 0,0064 m3/s

Q = 6,4 . 10-3 m3/s.

2. Sebuah bak penampungan berisi air setinggi 1 meter (g = 10 ms-2) dan pada dinding terdapat lubang kebocoran. Kelajuan air yang keluar dari lubang tersebut adalah...

Diketahui :

Ketinggian (h) = 1,0 – 0,2 = 0,8 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v)

Jawab :

Teorema Torricelli

Vt2=2gh

Vt2=(2)(10)(0,8)=16

Vt=√16=4 m/s.

3. Pipa besar luas penampangnya 5 cm2 ujungnya mempunyai kran luasnya 0,5 cm2. Kecepatan zat cair yang mengalir pada pipa yang besar 4 m/s. Dalam waktu 10 menit zat cair yang keluar dari kran adalah...

Pembahasan:

Hitung kecepatan air pada kran (v2) dengan menggunakan rumus persamaan kontinuitas.

A1 . v1 = A2 . v2

5 cm2 . 4 m/s = 0,5 cm2 . v2

20 cm2 m/s = 0,5 cm2 . v2

v2 = 20/0,5 m/s = 40 m/s

Cara menghitung volume air yang keluar dari kran menggunakan rumus debit.

V/t = A . v

→ V = A . v . t

→ V = 0,5 x 10-4 m2 . 40 m/s . 600 s = 1,2 m3.

Refrensi

https://educhannel.id/blog/artikel/dinamika-fluida.html

https://www.brilio.net/ragam/9-contoh-soal-fluida-dinamis-dan-pembahasannya-tak-rumit-221011h/contoh-soal-fluida-dinamis-dan-pembahasannya-221011d.html