SIFAT-SIFAT FLUIDA

Fluida yang real mempunyai sifat-sifat seperti : densitas, viskositas, kompresibilitas dan tegangan permukaan. Beberapa sifat fluida dapat juga merupakan kombinasi dari beberapa sifat-sifat, seperti viskositas kinematik merupakan kombinasi antara viskositas dinamik dengan densitas. Dalam membahas sifat fluida kita meninjau fluida sebagai suatu kontinum,bukan fluida yang terdiri dari partikel-partikel. Sifat suatu kontinum bergantung pada struktur molekul dari fluida dan gaya-gaya antar molekul.

a. Densitas (rapat massa).

Densitas adalah ukuran konsentrasi dari suatu massa persatuan volume. Densitas dinyatakan dengan:

r = massa/volume.

Cara menentukannya dengan mengambil ratio (perbandingan ) antara massa zat disuatu tempat dengan volume tempat tersebut.Volume tempat harus cukup kecil sekaligus cukup besar sehingga tidak terdapat variasi densitas yang signifikan di dalam sub region (bagian-bagian kecil) didalam volume tersebut. Bila volume yang kita ambil terlalu kecil, maka bisa saja mengandung jumlah molekul yang berbeda dalam waktu yang berbeda. Untuk jelasnya kita perhatikan gambar berikut.

r = massa/volum

= dm/dv

dv’

p volume ,dv

Bila dv yang mengandung massa m dikurangi ukurannya sampai disekitar titik P, maka perbandingan dm/dv mencapai harga batas (limit) r.

r = lim dm/dv

dv dv’

Jika dv terus dikurangi efek molekuler akan terlihat volume dv bisa saja mengandung massa total dm dari molekul air yang berbeda setiap saat.

Densitas air pada pada T=4°C adalah =1000 Kg/m³.

Perkalian antara percepatan gravitasi dengan r disebut berat spesifik yang dinyatakan dengan g=rg. Untuk air murni densitas (r) max =1,terjadi pada T=4°C.Untuk T>4°C dan T<4°C densitas air murni lebih kecil dari pada 1000 kg/m³.

b. Viskositas.

Viskositas menyatakan ukuran dari resistensi fluida terhadap aliran.Viskositas merupakan ciri dari fluida real. Fluida ideal adalah fluida non – viscous atau inviscouss (tak kental).Stress geser (shear stress) ada bila fluida adalah kental.

Newton membuat postulat : ”stress geser berbanding lurus dengan gradien kecepatan normal terhadap aliran”.

Stress geser : t = m du/dz ……….................................................................................(1)

dimana m = konstanta pembanding=viskositas dinamik.

Satuannya: m = (N det/m²) = (Kg/m det)

Viskositas kinematik dinyatakan sebagai:

= m/r; : (m²/det)

Viskositas kinematik bergantung pada suhu.

= (40 x10^-6)/(20+Tc) ………............................................................................(2)

Tc = suhu(°C)

Suatu fluida yang viskositas dinamiknya bergantung pada suhu (dan sedikit) pada tekanan, tetapi tidak bergantung pada gradien normal terhadap arah aliran (du/dz) disebut fluida Newton.

Untuk fluida Newton stress gesernya berubah secara linier dengan laju shear (du/dz).

Fluida Bingham

Fuida pseudo plastic

Fluida Newton

t Fluida dilaktan

du/dz

Fluida yang tidak memenuhi persamaan (1) disebut fluida non-Newton.Ada 3 group fluida non - Newton :

1) Fluida yang stress gesernya bergantung pada shear rate (laju shear) secara tidak linier tetapi tidak bergantung pada waktu.

2) Fluida yang stress gesernya tidak hanya bergantung secara tidak linier dengan shear rate tetapi juga bergantung pada waktu.

3) Fluida yang visco elastic yang memperlihatkan karakteristik zat padat elastik (elastic solid) dan fluida yang viscous (viscous fluid).

c. Kompresibilitas atau Elastisitas.

Fluida dapat mengalami perubahan bentuk (deformasi ) akibat stress geser atau mengalami kompresi dari luar.

Kompresibilitas (K)=-(p₂-p₁)/((v₂-v₁)/v₁)

=-Dp/(Dv/v₁) ..…………..............................................................(3)

dimana v₁ dan v₂ adalah volume pada p₁ dan p₂.

Untuk gas, K bervariasi dengan tekanan.Untuk zat cair K bervariasi dengan tekanan dan sedikit suhu.Kompresibilitas dapat dinyatakan dalam persatuan massa.

Massa :rv=konstan.

d(rv) = rdv + vdr = 0

atau rdv =- vdr

dv/v =- dr/r…………...............................................................(4)

Dalam limit pers (3) dapat kita tulis sebagai :

K=-dp/(dv/v) ………………….................................................................................(5)

Subtitusi pers (4) kedalam persamaan (5) menghasilkan :

K=dp/(dr/r)………………. ........................................................................................(6)

Satuan dari K dalam persamaan (6) adalah satuan tekanan yaitu gaya persatuan luas karena dr/r tidak berdimensi.

Hubungan antara K dan tekanan untuk suhu T = 20°C diberikan oleh:

K = (2.18x10⁹+6.7 P)N/m²

P = tekanan

Air pada T=20°C pada tekanan atmosfer (p = 0), maka K = 2.18x10⁹ N/m².

Pada p = 1000 atm, maka K = 2,86 x 10⁹ N/m²

d. Tegangan Permukaan

Efek dari tegangan permukaan dapat kita lihat dalam kejadian sehari-hari,misalnya:

* Tetes air yang kecil di dalam udara atau gelembung gas di dalam air mempunyai bentuk bola.

* Air yang dituangkan kedalam suatu gelas yang bersih dapat mencapai ketinggian yang sedikit lebih tinggi dari mulut gelas.

* Pipet yang dicelupkan kedalam air menyebabkan air naik kedalam pipet.

Kejadian-kejadian diatas terjadi akibat dari tegangan permukaan. Tegangan permukaan adalah hasil dari perbedaan gaya tarik menarik antar molekul fluida yang didekat permukaan dengan gaya tarik menarik antar molekul fluida yang jauh dari permukaan.Untuk membawa molekul fluida ke permukaan dan membentuk suatu permukaan bebas membutuhkan energi.Energi persatuan luas ini disebut dengan tegangan permukaan.

Tegangan permukaan dinyatakan dengan simbol s.

Satuan dari s adalah energi/luas atau gaya/panjang.

ket: (1) : tegangan permukaan (s) persatuan panjang dari garis (2) : garis sembarang diatas bidang antara interface (bidang antara/permukaan bebas)

(1)