Aliran Fluida [PDF]

Citation preview

Aliran Fluida



Fluida : – –



Zat yang dapat mengalir dan memiliki bentuk seperti wadah yang menampungnya Terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan geser



Fluida dapat dikarakterisasikan sebagai: • Fluida Newtonian • Fluida Non-Newtonian Fluida memiliki properti: • Densitas • Viskositas Fluida juga dibagi menjadi cairan dan gas. Cairan membentuk permukaan bebas (yaitu, permukaan yang tidak diciptakan oleh bentuk wadahnya), sedangkan gas tidak.



• Fluida Newtonian : – Fluida Newtonian (istilah yang diperoleh dari nama Isaac Newton) adalah suatu fluida yang memiliki kurva tegangan/regangan yang linier. Contoh umum dari fluida yang memiliki karakteristik ini adalah air. Keunikan dari fluida newtonian adalah fluida ini akan terus mengalir sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Hal ini disebabkan karena viskositas dari suatu fluida newtonian tidak berubah ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Viskositas dari suatu fluida newtonian hanya bergantung pada temperatur dan tekanan.



• Fluida non-Newtonian : – Fluida non-Newtonian adalah suatu fluida yang akan mengalami perubahan viskositas ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida tersebut. Hal ini menyebabkan fluida non-Newtonian tidak memiliki viskositas yang konstan. Berkebalikan dengan fluida non-Newtonian, pada fluida Newtonian viskositas bernilai konstan sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida.



RAPAT MASSA (DENSITY) Satuannya : massa/volume (g/cm3, lb/cuft); simbol ρ. Densitas dipengaruhi oleh suhu dan tekanan. Pengaruh suhu thd densitas: • Rapat massa cairan akan turun, dengan naiknya suhu, tetapi tidak terlalu besar. • Rapat massa gas akan turun, dengan naiknya suhu. Dengan persamaan gas ideal, hal ini sudah terlihat.



n( BM ) p   V R.T



•



Sering juga orang teknik menggunakan specific gravity (sp.gr.). Definisinya adalah: sp gr = ρA/ ρB Perbandingan density: – Cairan: terhadap air – Gas: terhadap udara (atau gas lain) – contoh : sp gr = 0,85



Ada juga yang menggunakan specific volume. • Specific volume = 1/density



Pengaruh tekanan thd densitas: • Rapat massa cairan sangat sedikit (tidak) terpengaruh oleh tekanan. Dinamakan fluida incompressible. • Rapat massa uap/gas sangat terpengaruh oleh tekanan, seperti yang ditunjukkan pada persamaan ρ di atas. Dinamakan fluida compressible.



Secara umum: rapat massa cairan > rapat massa gas/uap.



• KEKENTALAN (VISKOSITAS) • Persamaan Newton untuk aliran fluida: dv



   dx • Bila fluida dapat memenuhi persamaan Newton di atas, yaitu viskositasnya tetap, fluidanya dinamakan Newtonian. Fluida yang termasuk Newtonian adalah gas/uap dan cairan encer. Cairan kental umumnya tidak mengikuti persamaan Newton, sehingga dinamakan fluida non-Newtonian. Hanya dalam pendekatan perhitungan, sering tetap dianggap memenuhi syarat sebagai fluida Newton. • Kekentalan kadang dinyatakan dalam stoke. 1 stoke = 1 cm2/s Satuan lain Poise : cP



• Pengaruh suhu thd viskositas: – Viskositas cairan akan turun, bila suhunya naik. – Viskositas uap/gas akan naik, bila suhunya naik.



• Pengaruh tekanan: – Viskositas cairan tidak banyak terpengaruh oleh perubahan tekanan. – Viskositas gas/uap akan naik, dengan naiknya tekanan. Ada tekanan yang semakin tinggi, jarak molekul antar gas semakin kecil, sehingga gesekan antar molekul yang bergerak akan semakin besar.



Secara umum: viskositas cairan > viskositas gas/uap



• Sifat fisis metanol Temp. (ºC)



Density (×1000 Kg/m3)



Viscosity (Pa-s)



Kinematic Viscosity (m2/s)



Surface Tension (N/m)



0



0.81



8.17 × 10-4



1.01 × 10-6



2.45 × 10-2



10



0.801



-



-



2.26 × 10-2



20



0.792



5.84 × 10-4



7.37 × 10-7



-



30



0.783



5.10 × 10-4



6.51 × 10-7



-



40



0.774



4.50 × 10-4



5.81 × 10-7



-



50



0.765



3.96 × 10-4



5.18 × 10-7



-



• Table of Fluid Properties (Liquids and Gases) Fluid



T (°F)



Density (slug/ft3)



v (ft2/s)



T (°C)



Density (kg/m3)



v (m2/s)



Liquids: Water



70



1.936



1.05e-5



20



998.2



1.00e-6



Water



40



1.94



1.66e-5



5



1000



1.52e-6



Seawater



60



1.99



1.26e-5



16



1030



1.17e-6



SAE 30 oil



60



1.77



0.0045



16



912



4.2e-4



Gasoline



60



1.32



4.9e-6



16



680



4.6e-7



Mercury



68



26.3



1.25e-6



20



13600



1.15e-7



Gases (at standard atmospheric pressure, i.e. 1 atm):



Air



70



0.00233



1.64e-4



20



1.204



1.51e-5



Carbon Dioxide



68



0.00355



8.65e-5



20



1.83



8.03e-6



Nitrogen



68



0.00226



1.63e-4



20



1.16



1.52e-5



Helium



68



3.23e-4



1.27e-4



20



0.166



1.15e-4



ALIRAN FLUIDA • Fluida mengalir dari posisi fluida berenergi tinggi ke posisi fluida yang berenergi lebih rendah. Dalam aliran fluida, energi yang diperhatikan adalah energi tempat (potensial), energi kinetik (gerak), energi tekanan, energi panas, energi yang hilang karena proses (gesekan dengan dinding, reaksi, dll.).



Persamaan dasar aliran fluida • Fluida yang mengalir dari tempat 1 ke tempat lainnya mentaati hukum kekekalan massa dan kekekalan energi. • Dalam hal ini tidak ada massa dan energi yang hilang atau diciptakan, selama berpindah dari posisi ssatu ke posisi yang lainnya • Aliran fluida dapat ditinjau dari 2 persamaan: – persamaan kontinuitas Menjelaskan tentang



– persamaan energi