SIFAT-SIFAT FLUIDA
• Fluida disebut juga zat alir, dapat berupa: cairan, gas, luluhan (misal leburan logam), dan slurry (campuran antara butiran padatan tak larut dengan cairan).
• Sifat-sifat fluida penting untuk dipelajari terkait dengan beberapa topik dalam unit operasi terutama yang berkaitan dengan transportasi fluida. Sifat-sifat fluida antara lain meliputi:
1. Rapat Massa (Density)
2. Specific Gravity
1. Rapat Massa (Density)
• Umumnya dinyatakan dengan simbol ρ (rho) dan didefinisikan sebagai berat per satuan volum.
dengan;
: rapat massa,kg/m3 m : massa, kg
V : volum, m3
• Rapat massa suatu zat pada umumnya merupakan fungsi dari suhu dan tekanan. Misalnya rapat massa air murni pada pada suhu 4 oC dan pada tekanan atmosfer ( 1 atm) adalah sebesar 1000 kg/m3 atau 1 g/cm3
V
m
Pengaruh Suhu terhadap Rapat Massa Fluida
• 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.
Pengaruh Tekanan terhadap Rapat Massa Fluida
• Rapat massa cairan sangat sedikit (tidak) terpengaruh pada perubahan tekanan.
• Rapat massa gas akan naik, dengan naiknya tekanan.
2. Specific Gravity
• Specific gravity yang dinyatakan dengan sg atau sp.gr adalah rasio atau perbandingan antara rapat massa suatu zat (ρ)terhadap rapat massa zat referensi (ρref). Untuk padatan dan cairan, zat yang menjadi referensi adalah air pada suhu 4 oC dan pada tekanan atmosfer ( 1 atm), sedangkan untuk gas, yang menjadi referensi adalah udara pada suhu 20oC dan tekanan 1 atm.
3. Kekentalan (Viscosity)
• Kekentalan atau viskositas adalah sifat dari fluida untuk melawan tegangan geser (τ) pada waktu bergerak atau mengalir. Viskositas disebabkan adanya kohesi antara partikel fluida sehingga menyebabkan adanya tegangan geser antara molekul-molekul yang bergerak.
• Berdasarkan harga τ maka terdapat dua macam fluida, yaitu:
1. Newtonian fluid, yaitu fluida yang mengikuti hukum Newton, dimana viskositasnya tetap dan mengikuti persamaan:
Fluida yang termasuk Newtonian adalah gas/uap dan cairan encer
2. Non-newtonian fluid, yaitu fluida yang tidak mengikuti hukum Newton
• Kekentalan umumnya dinyatakan dengan simbol
μ
(mu) dengan satuan yang digunakan adalah satuan cgs, yaitu gram/cm.detik yang disebut Poise dan biasanya dinyatakan dalam centipoise (cp) =1/100 Poise. Sebagai contoh, µair pada suhu 22,2 oC adalah sebesar 1 cp.• Viskositas fluida dapat dibedakan menjadi dua yaitu viskositas dinamis (μ) atau viskositas absolut dan viskositas kinematis (υ), dengan
Viskositas kinematik umumnya dinyatakan dalam stoke 1 stoke = 1 cm2/s
Pengaruh suhu terhadap Viskositas Fluida:
• Viskositas cairan akan turun, bila suhunya naik. • Viskositas uap/gas akan naik, bila suhunya naik.
Pengaruh Tekanan terhadap Viskositas Fluida:
• 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.
4. Kompresibilitas
• Kompresibilitas adalah kemampuan yang dimiliki oleh fluida untuk mengalami perubahan volume karena adanya perubahan (penambahan) tekanan, yang ditunjukan oleh perbandingan antara perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal. Berdasarkan sifat kompresibilitasnya, fluida dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu:
• Incompressible fluids: ρ sangat sedikit (tidak) terpengaruh oleh perubahan tekanan, umumnya adalah cairan
Soal Latihan
1. Hitung densitas air pada suhu dan tekanan lingkungan dalam satuan lb/ft3
2. Hitung viskositas kinematis air pada suhu dan tekanan lingkungan dalam m2/s
Pengantar
• Apabila kecepatan suatu fluida yang mengalir dalam sebuah pipa melampaui suatu nilai tertentu (yang tergantung pada sifat-sifat fluida dan pada diameter pipa), maka sifat aliran menjadi sangat rumit.
• Di dalam lapisan yang sangat tipis sekali, yang bersebelahan dengan dinding pipa, disebut lapisan batas, alirannya masih laminer.
• Percobaan menunjukkan bahwa ada kombinasi empat faktor yang menentukan apakah aliran fluida melalui pipa bersifat laminer atau turbulen. Kombinasi ini merupakan bilangan tak berdimensi (dimensionless number) yang dikenal sebagai bilangan Reynolds (Re), yang didefinisikan sebagai berikut:
dengan;
ρ : rapat massa fluida, g/cm3
v : kecepatan aliran rata-rata, cm/s D : diameter pipa, cm
µ : viskositas fluida, g/cm.s
vD
• Dari percobaan, berdasarkan besarnya bilangan Reynold, terdapat pula jenis aliran yang merupakan transisi antara laminer dan turbulen,yang pada akhirnya menjadi dasar untuk membedakan sifat aliran fluida ke dalam tiga kelompok yaitu:
• Aliran laminer untuk Re < 2000
• Aliran transisi untuk 2000 ≤ Re ≤ 6000 • Aliran turbulen untuk Re > 6000
Soal Latihan:
Air pada suhu lingkungan mengalir pada pipa berdiameter 1,610 inchi dengan kecepatan 3 m/s.
a. Hitung bilangan Reynolds untuk sistem tersebut dan tentukan sifat alirannya.
