Operasi Teknik Kimia (Mekanika Fluida)
Operasi Teknik Kimia (Mekanika Fluida)
1.1 Mekanika Fluida1.1 Mekanika Fluida
Mekanika adalah ilmu yang mempelajari
Mekanika adalah ilmu yang mempelajari gerak dan gaya. Sehingga mekanika Fluida adalah ilgerak dan gaya. Sehingga mekanika Fluida adalah il mu yangmu yang mempelajari gaya dan gerak fluida.
mempelajari gaya dan gerak fluida. apakah yang dimaksud dengan fluida itu sendiri? dalamapakah yang dimaksud dengan fluida itu sendiri? dalam kehidupan sehari-hari kita telah mengetahui sejumlah
kehidupan sehari-hari kita telah mengetahui sejumlah zat/benda yang digolongkan sebagai fluida,zat/benda yang digolongkan sebagai fluida, misalkan : udara, air,
misalkan : udara, air, bensin, minyak pelumas, susu dan lain-lain. Sedangkan benda atau zat bensin, minyak pelumas, susu dan lain-lain. Sedangkan benda atau zat yangyang jelas-jelas tidak dapat digolongkan s
jelas-jelas tidak dapat digolongkan sebagai fluida misalnya : baja,berlian,karet,kertas,dan lain-ebagai fluida misalnya : baja,berlian,karet,kertas,dan lain-lain,lain, yang semuanya termasuk zat padat. Selain
yang semuanya termasuk zat padat. Selain itu juga terdapat benda yang wujitu juga terdapat benda yang wuj udnya berada diantaraudnya berada diantara fluida dan padatan misalnya : jelly, selai kacang, pasta gigi, dan lain-lain.
fluida dan padatan misalnya : jelly, selai kacang, pasta gigi, dan lain-lain. Gagasan tentang tegangan geser dapat digunkan untuk
Gagasan tentang tegangan geser dapat digunkan untuk mendefinisikan apa yang dimaksud denganmendefinisikan apa yang dimaksud dengan fluida. Dengan membandingkan tegangan tarik dengan tegangan tekan,
fluida. Dengan membandingkan tegangan tarik dengan tegangan tekan, kita dengan mudah dapatkita dengan mudah dapat memahami apa yang dimaksud dengan tegangan geser.
memahami apa yang dimaksud dengan tegangan geser. 1.2 Hukum-Hukum yang menjadi dasar Mekanika Fluida 1.2 Hukum-Hukum yang menjadi dasar Mekanika Fluida Mekanika fluida didasarkan pada empat hukum dasar, yait Mekanika fluida didasarkan pada empat hukum dasar, yait u :u : A. Hukum kekekalan massa/prinsif konservasi massa
A. Hukum kekekalan massa/prinsif konservasi massa
B. Hukum pertama termodinamika (Hukum kekekalan energi) B. Hukum pertama termodinamika (Hukum kekekalan energi) C. Hukum kedua termodinamika
C. Hukum kedua termodinamika
D. Hukum Newton tentang gerak, F = ma D. Hukum Newton tentang gerak, F = ma 1.3 Zat Cair dan Gas
1.3 Zat Cair dan Gas
Menurut wujud fluida dikelompokan dalam dua
Menurut wujud fluida dikelompokan dalam dua kelompok yaitu cair dan gas. Pada tkelompok yaitu cair dan gas. Pada tingkat molekul,ingkat molekul, keduanya memiliki sifat yang berbeda. Cairan memiliki
keduanya memiliki sifat yang berbeda. Cairan memiliki molekul-molekul yang saling berdekatan satumolekul-molekul yang saling berdekatan satu dengan lainnya dan diikat oleh
dengan lainnya dan diikat oleh gaya tarik menarik yang cukup besar. Sedangkan pada gagaya tarik menarik yang cukup besar. Sedangkan pada ga s, molekul-s, molekul-molekul relatif saling berjauhan jaraknya.
molekul relatif saling berjauhan jaraknya. 1.4 Sifat-Sifat Fisik Fluida
1.4 Sifat-Sifat Fisik Fluida A. Densitas
A. Densitas
Densitas,adalah massa persatuan volume Densitas,adalah massa persatuan volume B. Specific Gravity
B. Specific Gravity
Definisi Specifik Gravity : Definisi Specifik Gravity :
SG = Densitas per densitas air pada temperatur dan tekanan tertentu SG = Densitas per densitas air pada temperatur dan tekanan tertentu C. Viskositas
C. Viskositas
kita mengenalnya viskositas dengan kekentalan zat cair.
kita mengenalnya viskositas dengan kekentalan zat cair. Arti khusus viskositasArti khusus viskositas itu sendiri apa sih?
itu sendiri apa sih? ukuran ketahanan suatu fluida untuk mengalir atau berubahukuran ketahanan suatu fluida untuk mengalir atau berubah bentuk. Viskositas tidak dapat diamati apabila
bentuk. Viskositas tidak dapat diamati apabila fluida dalam keadaan diam.fluida dalam keadaan diam. D. Viskositas Kinematis
D. Viskositas Kinematis
Dalam banyak hal terkadang viskositas dinyatakan sebagai hubungan antara Dalam banyak hal terkadang viskositas dinyatakan sebagai hubungan antara Viskositas dibagi dengan densitas.
Viskositas dibagi dengan densitas. E. Tegangan Permukaan
E. Tegangan Permukaan
Gaya-gaya yang timbul dipermukaan zat cair
Gaya-gaya yang timbul dipermukaan zat cair untuk mempertahankan bentuknyauntuk mempertahankan bentuknya apabila memperoleh gaya dari l
apabila memperoleh gaya dari luar disebut dengan tegangan permukaan.uar disebut dengan tegangan permukaan.
F. Tekanan F. Tekanan
Tekanan suatu fluida didefinisikan sebagai gaya fluida yang bekerj
Tekanan suatu fluida didefinisikan sebagai gaya fluida yang bekerj a pada araha pada arah tegak-lurus pada suatu satuan luas permukaan.
tegak-lurus pada suatu satuan luas permukaan. G. Gaya,massa,dan berat.
Gaya adalah dorongan/pendorong yang dapat menyebabkan benda bergerak dari suat u tempat ketempat yang lain. Massa adalah Ukuran jumlah suatu materi.
Berat adalah Gaya yang disebabkan oleh gaya gravitasi.
Operasi teknik kimia (Filtrasi)
Filtrasi
3.1 Prinsip Dasar Filtrasi
Filtrasi merupakan sebuah contoh khusus dari suatu aliran flui da yang melalui media berpori, telah dibahas pada bagian sebelumnya, dimana hambatan/tahanan terhadap aliran fluida konstan besarnya. Dalam filtrasi, hambatan terhadap aliran fluida meningkat bersama bertambahnya waktu operasi, karena tersumbatnya media penyaring atau karena terbentuknya filter cake. Selama proses filtrasi berlangsung, hal yang dapat terjadi adalah laju alir fluida semakin lama semakin berkurang atau hilang tekan semakin bertambah. Pada constant-pressure filtration hilang t ekan dijaga agar konstan dan laju alir semakin lama semakin berkurang. Sedangkan pada constant-rate filtration, hilang tekan semakin lama akan semakin besar.
Persamaan umum bagi constant-pressure filtration diturunkan oleh Herman dan Bredee (1935). V = volume filtrat yang terkumpul
k1, n = konstanta
Dalam clarification filtration n berharga 2, 3/2, atau 1, tergantung pada mekanisme pengumpulan partikel. Sedangkan bagi cake filtation, n = 0.
3.2. Clarification
Bila partikel padat yang akan dipisahkan menyumbat pori-pori media, dengan laju penyumbatan tersebut konstan, maka mekanisme tersebut disebut direct sieving, dan n pada persamaan (1) dan (2) berharga 2. Direct sieving jarang dijumpai, yang lebih sering ditemui adalah partikel menyumbat sebagian pori media sehingga menyebabkan secara perlahan berkurangnya ukuran pori-pori media , hal ini disebut dengan standard blocking, dengan n = 3/2. Terkadang selama peralihan antara
clarification dan pembentukan cake terdapat perioda dimana n = 1, yang disebut dengan intermediate blocking.
Standar blocking adalah mekanisme yang umum dalam clarifying filter. Dengan n = 1 integrasi persamaan (1) memberikan persamaan berikut, yang berlaku bagi constant-pressure filtration. q = dV/t, laju alir volumetrik yang melalui filter
q0 = laju alir pada t = 0
Ks = konstanta yang nilainya sebanding dengan
Plot t/V terhadap t akan linier bila mengikuti mekanisme standard blocking. Besarnya slope garis lurus tersebut adalah Ks dan intersept 1/qo.
Cake Filtration
Pada proses cake filtration, cairan melalui dua hambatan secara seri, yaitu cake yang terbentuk dan media penyaring. Hambatan media penyaring, penting hanya pada saat awal tahap operasi. Hambatan cake belum terdapat pada saat awal operasi, dan akan meningkat pada saat proses telah berjalan. Hilang tekan keseluruhan pada suatu saat adalah penjumlahan dari hilang tekan pada medium dan
cake. Jika pa adalah tekanan pada titik umpan masuk, pb tekanan pada titik keluaran, dan p’ tekanan
pada lapis batas antara cake dan medium. Hilang Tekan Pada Filter Cake
Gambar penampang melintang media penyaring dan cake yang memperlihatkan gradien tekanan tesebut memperlihatkan diagram aliran yang melalui cake dan medium penyaring pada saat t, yang dihitung dari saat filtrat mulai mengalir. Luas permukaan filter adalah A dan pada saat itu ketebalan cake adalah Lc. Lapisan tipis cake yang terbentuk memiliki tebal dL yang berjarak L dari medium
-dan tekanan pada titik ini adalah p. Lapisan ini terdiri dari unggun tipis partikel padat. Dalam filter bed, kecepatan cukup rendah sehingga pola aliran dapat dianggap laminer. Karenanya, untuk menghitung hilang tekan dapat digunakan persamaan.
Karena filtrat harus melalui keseluruhan cake, V/A sama besarnya untuk seluruh lapisan dan u bukan merupakan fungsi dari L.
Bagi incompresible cake atau cake yang tak termampatkan, d bukan merupakn fungsi dari hilang tekan dan kedudukan dalam cake.
Kebanyakan cake yang ditemui dalam industri tidaklah terdiri dari partikel yang rigid. Umumnya slurry merupakan campuran dari agglomerat, atau floc/gumpalan yang ter diri dari kumpulan partikel yang sangat kecil hingga hambatan cake akan lebih tergantung pada sifat dari floc dibandingkan pada geometri partikel. Floc yang terkumpul pada bagian terdepan dari cake akan membentuk jalinan saluran yang rumit sehingga akan kurang tepat bila digunakan. Floc yang terbentuk dapat berubah dan rusak susunannya oleh gaya yang bekerja pada cake tersebut, dan besarnya d, k3, sp/vp bervariasi di tiap lapisannya.
Filter seperti tersebut di atas disebut sebagai compresible cake. Harga d pada compresible cake bervariasi di tiap kedudukan, bervariasi terhadap hilang tekan, dan juga terhadap waktu. Karena itu tidak dapat begitu saja digunakan. Dalam prakteknya, pengaruh kedudukan dan waktu terhadap d biasanya dapat diabaikan. Nilai rata-rata d dapat diperoleh dari serangkaian percobaan bagi material yang akan di saring.
Hambatan Media Penyaring
Hambatan pada medium penyaring (filter-medium resistance)dengan dimensi dari Rm adal ah L-1.Hambatan medium penyaring, Rm, merupakan fungsi dari hilang tekan, umur pakai, dan kebersihan dari filter medium tersebut. Namun umumnya Rm dianggap konstan selama operasi berlangsung.u (kecepatan linier filtrat) dan mc (massa total padatan dalam cake) dapat diganti menjadi fungsi V (volume total filtrat yang terkumpul saat t).menghubungkan u dengan V, dan neraca massa
menghubungkan mc dan V. Jika c adalah massa partikel yang terkumpul dalam filter per satuan volume filtrat.
Persamaan Empiris Bagi Hambatan Cake (cake Resistance)
Variasi perubahan harga d terhadap dp dapat ditentukan berdasarkan percobaan yang dilakukan pada tekanan tetap, dengan memvariasikan hilang tekan. Bila d bukan merupakan fungsi dp, maka cake yang terbentuk termasuk kedalam incompresible cake. Umumnya harga d akan bertambah seiring dengan meningkatnya dp. Bagi cake yang sangat compresible, harga d meningkat dengan cepat seiring dengan bertambahnya dp.
dengan d0 dan s adalah konstanta empiris. Konstanta s disebut sebagai koefisien kompresibilitas, nilainya nol untuk sludge incompresible dan berharga positif untuk sludge yang compresible.
Biasanya nilai s berkisar antara 0,2 sampai 0,8.tidak dapat digunakan dalam rentang hilang tekan yang berbeda dari rentang hilang tekan yang digunakan dal am percobaan untuk mendapatkan harga d0 dan s.
3.3. Filtrasi Kontinyu.
Dalam filter kontinu, misalnya pada rotary – drum filter, umpan, filtrat, dan cake bergerak dalam laju yang konstan. Sebagai contoh, kain penyaring pada suatu saat memasuki tempat penampung slurry, selanjutnya cake yang terbentuk diambil, dan kain penyaring selanjutnya dicuci. Hal ini menunjukkan bahwa proses penyaringan terdiri dari sekumpulan tahap yang berl angsung secara berurutan
-pembentukan cake, pencucian, pengeringan, dan pelepasan cake . Hilang tekan sepanjang filter
selama pembentukan cake, dianggap konstan. Sehingga dengan sejumlah modifikasi, persamaan bagi fltrasi diskontinyu pada tekanan tetap dapat digunakan pada filtrasi kontinyu ini.Tahan medium penyaring Rm terdapat dalam persamaan karena tidak seluruh cake terambil oleh mekanisme
pelepasan dan terbawa kembali dalam proses berikutnya. Bila filter dicuci setelah cake diambil, Rm dapat diabaikan.
Persamaan medium penyaring Rm dapat digunakan baik pada continuous vacuum filter atau pada continuous pressure filter. Bila Rm diabaikan, dari persamaan terlihat bahwa laju alir filtrat
berbanding terbalik dengan akar kuadrat viskositas dan waktu siklus. Hal ini sudah dibuktikan dengan serangkaian percobaan pada keadaan cake yang terbentuk cukup tipis dan waktu siklus yang lama. Bila waktu siklus pendek, tidaklah tepat menggunakan persamaan (3.30), lebih sesuai bila digunakan persamaan (3.29). Secara umum laju filtrasi meningkat seiring dengan meningkatnya laju putaran drum dan berkurangnya waktu siklus. Ini disebabkan karena c ake yang terbentuk pada permukaan drum lebih tipis dibandingkan cake yang terbentuk pada kecepatan drum yang rendah. Bila kecepatan mencapai harga diatas titik kritis tertentu, laju filtrasi tidak akan meningkat terhadap kecepatan tetapi akan konstan, dan cake cenderung menjadi basah sehingga sukar unt uk diambil.
Filtrasi Laju Konstan (Constant-Rate Filtration)
Dalam sejumlah kasus, filtrasi lebih sering berlangsung pada kondisi laju konstan. Hal ini dapat terjadi bila slurry diumpankan menuju filter dengan menggunakan pompa positive displacement.Pada operasi ini, diasumsikan cake bersifat incompresible sehingga KV dan C konstan. Sedangkan bila harga d tidak konstan.
Operasi Teknik Kimia ( Unit Operation )
Dalam teknik kimia dan bidang-bidang terkait, unit operasi adalah suatu tahapan dasar dalam suatu proses.
Unit operasi teknik kimia :
1. Proses aliran fluida, termasuk perpindahan fluida, filtrasi, fluidisasi padatan, dll. 2. Proses perpindahan panas, termasuk evaporasi, kondensasi, dll.
3. Konsep Transfer Massa, termasuk absorpsi gas, distilasi, ekstraksi, adsorpsi, pengeringan, dll. 4. Proses termodinamis, termasuk pencairan gas, refrigerasi, dll.
5. Proses mekanis, termasuk transportasi padatan, pencadaran (screening) dan pengayakan (sieving), dll.
6. Aplikasi Transfer massa dan Transfer Panas secara simultan dalam Industri Proses perpindahan massa terbagi dua :
1. Difusi
Yaitu proses perpindahan massa suatu zat dalam suatu pelarut dari bagian yang berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah.
2. Osmosis
Yaitu proses perpindahan massa suatu zat dalam suatu pelarut dari bagian berkonsentrasi rendah kebagian berkonsentrasi tinggi.
Awalnya, industri kimia yang berbeda dianggap sebagai proses industri yang berbeda dengan
prinsip-prinsip yang berbeda pula. Pada tahun 1923, William H. Walker, Warren K. Lewis dan William H. McAdams menulis buku The Principles of Chemical Engineering dan menjelaskan berbagai industri kimia yang mengikuti hukum-hukum fisika yang sama. Mereka menyimpulkan proses-proses yang
serupa ini ke dalam unit operasi. Setiap unit operasi mengikuti hukum fisika yang sama dan dapat digunakan pada semua industri kimia. Unit operasi menjadi prinsip dasar dalam bidang teknik kimia. Unit-unit operasi juga dapat dikelompokkan menjadi:
1. Kombinasi (misalnya pencampuran) 2. Pemisahan (misalnya distilasi) 3. Reaksi (misalnya reaksi kimia)
Sumber : mass transfer operation : Robert E.Treybal
Mekanika fluida
Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Efek Bernoulli dalam mekanika fluida
Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida (yang
dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fl uida statik dan fluida
dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara fluida dinamis
mempelajari fluida yang bergerak.
[Hubungan dengan mekanika kontinum
Mekanika fluida biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum, seperti yang
diilustrasikan pada tabel berikut.
Mekanika
kontinum: studi fisika dari
material kontinu
Mekanika solid: studi fisika dari material kontinu dengan bentuk tertentu.
Elastisitas: menjelaskan material yang kembali ke bentuk awal setelah diberi tegangan.
Plastisitas: menjelaskan
material yang secara permanen terdeformasi setelah diberi tegangan dengan besar tertentu.
Reologi: studi material yang
memiliki karakteristik solid dan fluida. Mekanika fluida: studi
fisika dari material kontinu yang bentuknya mengikuti bentuk
wadahnya.
Fluida non-Newtonian
Dalam pandangan secara mekanis, sebuah fluida adalah suatu substansi yang tidak mampu
menahan tekanan tangensial. Hal ini menyebabkan fluida pada keadaan diamnya berbentuk
mengikuti bentuk wadahnya.
Asumsi Dasar
Seperti halnya model matematika pada umumnya, mekanika fluida membuat beberapa
asumsi dasar berkaitan dengan studi yang dilakukan. Asumsi-asumsi ini kemudian
diterjemahkan ke dalam persamaan-persamaan matematis yang harus dipenuhi bila
asumsi-asumsi yang telah dibuat berlaku.
Mekanika fluida mengasumsikan bahwa semua fluida mengikuti:
Hukum kekekalan massa Hukum kekekalan momentum
Hipotesis kontinum, yang dijelaskan di bagian selanjutnya.
Kadang, akan lebih bermanfaat (dan realistis) bila diasumsikan suatu fluida bersifat
inkompresibel. Maksudnya adalah densitas dari fluida tidak berubah ketika diberi tekanan.
Cairan kadang-kadang dapat dimodelkan sebagai fluida inkompresibel sementara semua gas
tidak bisa.
Selain itu, kadang-kadang viskositas dari suatu fluida dapat diasumsikan bernilai nol (fluida
tidak viskos). Terkadang gas juga dapat diasumsikan bersifat tidak viskos. Jika suatu fluida
bersifat viskos dan alirannya ditampung dalam suatu cara (seperti dalam pipa), maka aliran
pada batas sistemnya mempunyai kecepatan nol. Untuk fluida yang viskos, jika batas
sistemnya tidak berpori, maka gaya geser antara fluida dengan batas sistem akan memberikan
resultan kecepatan nol pada batas fluida.
[sunting] Hipotesis kontinum
Fluida disusun oleh molekul-molekul yang bertabrakan satu sama lain. Namun demikian,
asumsi kontinum menganggap fluida bersifat kontinu. Dengan kata lain, properti seperti
densitas, tekanan, temperatur, dan kecepatan dianggap terdefinisi pada titik-titik yang sangat
kecil yang mendefinisikan REV (‘’Reference Element of Volume’’) pada orde geometris
jarak antara molekul-molekul yang berlawanan di fluida. Properti tiap titik diasumsikan
berbeda dan dirata-ratakan dalam REV. Dengan cara ini, kenyataan bahwa fluida terdiri dari
molekul diskrit diabaikan.
Hipotesis kontinum pada dasarnya hanyalah pendekatan. Sebagai akibatnya, asumsi hipotesis
kontinum dapat memberikan hasil dengan tingkat akurasi yang tidak diinginkan. Namun
demikian, bila kondisi benar, hipotesis kontinum menghasilkan hasil yang sangat akurat.
Masalah akurasi ini biasa dipecahkan menggunakan mekanika statistik. Untuk menentukan
perlu menggunakan dinamika fluida konvensial atau mekanika statistik, angka Knudsen
permasalahan harus dievaluasi. Angka Knudsen didefinisikan sebagai rasio dari rata-rata
panjang jalur bebas molekular terhadap suatu skala panjang fisik representatif tertentu. Skala
panjang ini dapat berupa radius suatu benda dalam suatu fluida. Secara sederhana, angka
Knudsen adalah berapa kali panjang diameter suatu partikel akan bergerak sebelum menabrak
partikel lain.
[sunting] Persamaan Navier-Stokes
Persamaan Navier-Stokes (dinamakan dari Claude-Louis Navier dan George Gabriel
Stokes) adalah serangkaian persamaan yang menjelaskan pergerakan dari suatu fluida seperti
cairan dan gas. Persamaan-persamaan ini menyatakan bahwa perubahan dalam momentum
(percepatan) partikel-partikel fluida bergantung hanya kepada gaya viskos internal (mirip
dengan gaya friksi) dan gaya viskos tekanan eksternal yang bekerja pada fluida. Oleh karena
itu, persamaan Navier-Stokes menjelaskan kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada
fluida.
Persamaan Navier-Stokes memiliki bentuk persamaan diferensial yang menerangkan
pergerakan dari suatu fluida. Persaman seperti ini menggambarkan hubungan laju perubahan
suatu variabel terhadap variabel lain. Sebagai contoh, persamaan Navier-Stokes untuk suatu
fluida ideal dengan viskositas bernilai nol akan menghasilkan hubungan yang proposional
antara percepatan (laju perubahan kecepatan) dan derivatif tekanan internal.
Untuk mendapatkan hasil dari suatu permasalahan fisika menggunakan persamaan
Navier-Stokes, perlu digunakan ilmu kalkulus. Secara praktis, hanya kasus-kasus aliran sederhana
yang dapat dipecahkan dengan cara ini. Kasus-kasus ini biasanya melibatkan aliran
non-turbulen dan tunak (aliran yang tidak berubah terhadap waktu) yang memiliki nilai bilangan
Reynold kecil.
Untuk kasus-kasus yang kompleks, seperti sistem udara global seperti El Niño atau daya
angkat udara pada sayap, penyelesaian persamaan Navier-Stokes hingga saat i ni hanya
mampu diperoleh dengan bantuan komputer. Kasus-kasus mekanika fluida yang
membutuhkan penyelesaian berbantuan komputer dipelajari dalam bidang ilmu tersendiri
yaitu mekanika fluida komputasional
Bentuk umum persamaan
Bentuk umum persamaan Navier-Stokes untuk kekekalan momentum adalah :
di mana
ρadalah densitas fluida,
adalah derivatif substantif (dikenal juga dengan istilah derivatif dari material)
adalah vektor kecepatan, f adalah vektor gaya benda, dan
adalah tensor yang simetris kecuali bila fluida tersusun dari derajat kebebasan yang
berputar seperti vorteks. Secara umum, (dalam tiga dimensi) memiliki bentuk persamaan:
di mana
σadalah tegangan normal, dan
τadalah tegangan tangensial (tegangan geser).
Persamaan di atas sebenarnya merupakan sekumpulan tiga persamaan, satu persamaan untuk
tiap dimensi. Dengan persamaan ini saja, masih belum memadai untuk menghasilkan hasil
penyelesaian masalah. Persamaan yang dapat diselesaikan diperoleh dengan menambahkan
persamaan kekekalan massa dan batas-batas kondisi ke dalam persamaan di atas.
Fluida Newtonian vs. non-Newtonian
Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang
tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah tegak
lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan mengalir
terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida
Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk.
Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan
terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material
seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah
penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat).
Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang
berubah pada keadaan tertentu.
Persamaan pada fluida Newtonian
Konstanta yang menghubungkan tegangan geser dan gradien kecepatan secara linier dikenal
dengan istilah viskositas. Persamaan yang menggambarkan perlakuan fluida Newtonian
adalah:
di mana
τadalah tegangan geser yang dihasilkan oleh fluida
adalah gradien kecepatan yang tegak lurus dengan arah geseran
Viskositas pada fluida Newtonian secara definisi hanya bergantung pada temperatur dan
tekanan dan tidak bergantung pada gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Jika fluida bersifat
inkompresibel dan viskositas bernilai tetap di seluruh bagian fluida, persamaan yang
menggambarkan tegangan geser (dalam koordinat kartesian) adalah
di mana
τij adalah tegangan geser pada bidang i thdengan arah j th
v i adalah kecepatan pada arah i th
x j adalah koordinat berarah j th
