Sifat Fisik Fluida

Sifat Fisik Fluida

Dalam menyelesaikan persoalan-persoalan mengenai aliran fluida selalu diperlukan data-data dari fluida itu sendiri, yaitu sifat-sifat fisiknya. Diantara berbagi sifat fisik fluida ada dua sifat yang paling penting, yaitu viskositas (viscosity) dan rapat massa (density).

1.    Viskositas ( μ )

Viskositas adalah suatu sifat fluida yang merupakan ukuran dari besarnya tahanan atau hambatan yang dialami bila fluida mengalir. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin besar hambatan yang dialami sehingga makin sulit fluida itu akan mengalir. Hal ini dapat diterangkan secara matematis, yaitu hubungan antara gaya dan gradient kecepatan ditentukan oleh persamaan :

F/A = μ (dv/dy)

Dimana :

F = Gaya yang diberikan pada pelat

A = Luas permukaan pelat

dv/dy = gradient kecepatan dalam arah y

F/A = tegangan geser

μ = konstanta kesebandingan (viskositas)

Terlihat pada persamaan di atas bahwa makin besar harga μ , makin besar gaya yang diperlukan untuk menghasilkan gradient kecepatan tertentu atau gaya yang sama akan didapat gradien kecepatan yang lebih kecil. Dari kedua hal tersebut di atas, maka dapat disimpulkan bahwa makin besar μ makin sukar fluida mengalir. Fluida yang sukar mengalir merupakan fluida yang viskos, sehingga konstanta kesebandingan ini disebut koefisien viskositas atau disebut saja viskositas.

Besarnya viskositas suatu fluida dipengaruhi oleh temperature, tekanan (pressure) dan tegangan geser yang dialami. Bila viskositas suatu fluida hanya tergantung pada temperature dan tekanan maka fluida tersebut disebut fluida Newtonian. Bila temperature dinaikkan, maka viskositas cairan akan berkurang sedangkan viskositas gas akan bertambah. Menaikkan tekanan akan memperbesar baik viskositas cairan maupun viskositas gas. Umumnya viskositas gas lebih peka terhadap perubahan tekanan dibandingkan dengan cairan, tetapi kurang peka terhadap perubahan temperature.

a.    Viskositas Dinamik (Absolut)

Viskositas yang dijelaskan di atas adalah viskositas dinamik dan menurut definisi dari persamaan

Mempunyai satuan : dyne.detik / cm2 atau gram / cm.detik, di dalam prakteknya satuan untuk viskositas dinamik biasanya dinyatakan dengan poise atau centipoises, dimana :

1 poise = 100 centipoise = 1 dyne.detik / cm2

b.    Viskositas Kinematik

Viskositas kinematik didefinisikan sebagai :

Dimana :

ע = viskositas kinematik

μ = viskositas dinamik (absolute)

ρ = rapat massa (density)

Dalam prakteknya viskositas kinematik ini sering dinyatakan dengan satuan

stoke, dimana :

1 stoke = 100 centistoke = 1 cm2/detik

Dari definisi satuan centipoises dan centistokes, maka didapatkan hubungan :

 

Dimana :

SG = berat jenis (specific gravity)

Didalam prakteknya viskositas suatu fluida dapat ditentukan dengan

menggunakan grafik, nomogram atau table yang sudah ada asalkan

kondisinya diketahui.

2.    Rapat Massa (density)

Rapat massa dari suatu fluida merupakan ukuran dari banyak massa pada temperature dan tekanan tertentu yang ditempatkan di dalam satu volume.

Dimana :

ρ = rapat massa (density)

m = massa

V = volume

3.     Berat Jenis (specific gravity)

Rapat massa suatu fluida sering juga dinyatakan dengan berat jenis (specific gravity), yaitu perbandingan anatar rapat massa suatu fluida dan rapat massa fluida yang dipilih sebagai fluida standard. Untuk cairan biasanya menggunakan air sebagai fluida standard sedangkan untuk gas digunakan udara.

Berat Jenis (Specific Gravity) Cairan

·

Berat Jenis (Specific Gravity) Gas

4.    Bilangan Reynold

Penelitian-penelitian yang dilakukan oleh Osbone Reynold menunjukkan bahwa bentuk aliran fluida didalam pipa yaitu laminar, transitional, atau turbulent tidak hanya tergantung pada kecepatan (free-stream fluid velocity) ( V ) saja, tetapi juga tergantung pada diameter pipa (characteristic distance) ( D ), rapat massa (fluid density) ( ρ ) dan fluid viscosity (dynamic) ( μ ). Bentuk aliran didasarkan pada kombinasi dari parameter tersebut yang menghasilkan suatu konstanta tak berdimensi yang disebut bilangan Reynold ( Re ). Bilangan Reynold ini didefenisikan sebagai :

Dimana :

ρ = rapat massa (lbm/cu.ft)

v = kecepatan aliran (ft/sec atau fps)

D = diameter pipa (ft)

μ = viskositas absolute fluida (lbm/ft/sec)

Untuk keperluan teknik, aliran dimana :

- Reynolds Number < 2000 dikategorikan sebagai bentuk aliran laminar

- 2000 ≤ Reynolds Number ≤ 4000 dikategorikan sebagai bentuk aliran transitional

- Reynolds Number > 4000 dikategorikan sebagai bentuk aliran turbulen.