5 - Mekanika Fluida - Neraca Energi (Compatibility Mode) [PDF]

Citation preview

Pokok Bahasan 4. Neraca Energi Materi :  Neraca energi pada aliran fluida (energi fluida, Persamaan Bernoulli) Kompetensi : Mahasiswa mampu memahami dan mengaplikasikan konsep dasar dan penyusunan neraca energi pada aliran fluida (mampu memahami pernyusunan persamaan Bernoulli) Mekanika Fluida



Neraca Energi 



Didasarkan pada hukum kekekalan energi. kec. energi masuk – kec. energi keluar = kecepatan akumulasi Pada steady state ; akumulasi = 0 Mekanika Fluida



Neraca Energi 



Di dalam aliran fluida, energi dibawa oleh bahan yang mengalir dan ditransfer dari sistem (fluida) ke sekeliling atau sebaliknya. I. Energi yang dibawa fluida II. Energi yang ditransfer dari fluida ke lingkungan dan sebaliknya



Mekanika Fluida



I. Energi yang dibawa fluida  



Energi dakhil Energi yag dibawa fluida karena kondisi aliran dan posisinya   



Mekanika Fluida



Energi kinetik Energi potensial Energi tekan



a.











Energi dakhil (U) (internal energi, tenaga dalam,) Tenaga yang dimiliki oleh fluida karena keadaannya dan tidak tergantung dari posisi dan geraknya Tenaga yang dimiliki molekul-molekul dalam fluida krn gerakan mokelul fluida. Contoh : tenaga gerak yang dimiliki molekulmolekul, atom-atom, ion-ion fluida.



Mekanika Fluida



b. Energi yang dibawa fluida karena kondisi aliran atau posisinya : 1. Tenaga gerak/ Energi kinetik (Ek, ft.lbf)  karena gerakan fluida



1 2 Ek  mv 2 dalam satuan absolut Mekanika Fluida



2. Energi potensial (tenaga tempat)  energi karena posisi fluida terhadap suatu bidang datum 



Ep = m.g.Z  Z = tinggi tempat dihitung dari bidang referensi tertentu







Ep2 – Ep1 = mg (Z2 – Z1)



Mekanika Fluida



3. Energi tekan  tenaga karena tekanan  dibawa fluida karena berada dalam sistem  Tenaga tekanan = PV P = tekanan dan V = volume Mekanika Fluida



II. Energi yang ditransfer dari sistem (fluida) ke sekeliling (lingkungan) dan sebaliknya a. Panas (Q) yang diterima fluida dari lingkungan selama bergerak  q b. Kerja. Usaha (work/ W) yang dilakukan oleh fluida yang mengalir terhadap lingkungan.



Mekanika Fluida







Dilihat neraca energi antara 1 dan 2 ...



Mekanika Fluida







Pada keadaan steady state untuk massa dan energi (incompressible fluid), pada aliran takkental diperoleh persamaan neraca tenaga : 2 1



2 2



P1 v P2 v   Z1  F  w    Z2 g 2 g g 2 g



Mekanika Fluida



Dengan : 







 



Mekanika Fluida



P1 g 2 v1 2g



 pressure head  velocity head



Z  potensial head (atau head) F  friction head



Persamaan Bernoulli : 







Persamaan tenaga tersebut disebut juga persamaan Bernoulli (dinyatakan dalam Head)  tinggi kolom cairan yang ekivalen dengan perbedaan energi Satuan tiap term energi : ft.lbf/ lb, atau dinyatakan dalam ft yang disebut Head.



Mekanika Fluida



Diagram Aliran Fluida (Penurunan Persamaan Bernoulli)



Mekanika Fluida



Bagaimana aliran fluidanya ?



Mekanika Fluida



Diagram Aliran Fluida (Penurunan Persamaan Bernoulli)



Mekanika Fluida



Mekanika Fluida



Mekanika Fluida



Rangkuman  



Neraca energi  hukum kekekalan energi Energi fluida : 











Energi yang dibawa fluida (energi dakhil, energi potensial, kinetik, energi tekan) Energi yang ditransfer dari sistem (fluida) ke sekeliling dan sebaliknya (panas, kerja)



Neraca energi pada sistem aliran fluida  persamaan Bernoulli Mekanika Fluida



Pendalaman Materi 



Jelaskan apa yang dimaksud dengan :     



Energi dakhil Energi kinetik Energi potensial Energi tekan Usaha/ work



Mekanika Fluida



Pendalaman Materi







Tuliskan kembali persamaan Bernoulli serta keterangan untuk tiap term energinya….







Mekanika Fluida



Next chapter please ……… 



LATIHAN penerapan Pers. Bernoulli 



Sebuah tangki mempunyai lubang bocor kecil di dekat dasar pada kedalaman h dari permukaan atas. Berapakah laju aliran air dari lubang bocor tersebut ? Patm



h



z1



Patm Gambar : Tangki berlubang



Mekanika Fluida



z2



Jawab : Anggap bahwa kecepatan air di permukaan atas adalah nol, karena air bergerak sangat lambat, sehingga v1 = 0. Tekanan di permukaan atas dan di lubang bocor sama, yaitu :



P1 = P2 = Patm Persamaan Bernoulli memberikan :



0   gz 1  P atm  Sehingga diperoleh :



Mekanika Fluida



v2 



1 2



 v 22   gz



2 g ( z1  z 2 ) 



2



 P atm



2 gh



Aliran & Tekanan pada Sistem pemanas air 



Air disirkulasikan dalam rumah oleh suatu sistem pemanas. Jika air dipompa dengan laju 0.5 m/s melewati suatu pipa dengan diameter 4.0 cm dalam basement dengan tekanan 3 atm, tentukan laju aliran dan tekanan dalam pipa berdiameter 2.6 cm yang terdapat di lantai 2, setinggi 5 m di atasnya.



Jawab: v2 = 1,2 m/s P2 = 2,5 x 105 N/m2 Mekanika Fluida



PENERAPAN AZAS BERNOULI Contoh Sebuah tangki berisi air setinggi 1,25 m. Pada tangki terdapat lubang kebocoran 45 cm dari dasar tangki. Berapa jauh tempat jatuhnya air diukur dari tangki (g =10 m/s2)?



Mekanika Fluida



air



1,25 m 0,45 m



PENERAPAN AZAS BERNOULI Contoh Sebuah tangki berisi air setinggi 1,25 m. Pada tangki terdapat lubang kebocoran 45 cm dari dasar tangki. Berapa jauh tempat jatuhnya air diukur dari tangki (g =10 m/s2)?



Kecepatan air dari lubang bocor :



Penyelesaian



v  2 g ( h1  h2 )



1,25 m



air 1,25 cm



h1 = 1,25 m



 2 10 m / s 2 (125 m  0,45 m )



h2 = 45 cm = 0,25 m



 20 m / s 2 (0,80 m )



v = …?



 16 m 2 / s 2  4 m / s



Mekanika Fluida



PENERAPAN AZAS BERNOULI Lintasan air merupakan bagian dari gerak parabola dengan sudut α = 0o (v0 arah mendatar)



y  v 0 sin  t 



1 2



g t2



0 , 45 m  0  12 (10 m / s 2 ) t 2 0 , 45 m  5 m / s 2 t 2 t t



0 , 45 m 5 m / s2



0 ,9 s 2



t  0 ,3 s Jadi, air jatuhnya 1,2 m dari tangki. Mekanika Fluida



x  v 0 (cos  ) t  ( 4 m / s )(1)( 0 ,3 s )  1, 2 m



Latihan 1.



Massa jenis bola yang memiliki berat 0,5 kg dengan diameter 10 cm adalah….



2.



Tekanan hidrostatis pada permukaan bejana yang berada 30 cm di bawah permukaan air yang massa jenisnya 100 kg/m3 dan g = 9,8 m/s2 adalah ….



3.



Sebuah tangki yang tingginya 4 m dari tanah diisi penuh dengan air. Sebuah katup (kran) berada 3 meter di bawah permukaan air dalam tangki tersebut. Bila katup dibuka, berapakah kecepatan semburan? Mekanika Fluida