Download Document

FLUIDS
FLUIDS ?
Mechanics is the study of force
and motion  Fluid mechanics
is the study of force and motion
in fluids
Fluids :
air, water, gasoline,
lubricating oil, milk,
etc.
WHAT IS A FLUID ?
THE IDEA OF SHEAR STRESS
Solids:
steel, diamond,
wood, paper, stone,
etc
Intermediate:
jelly, butter, cold cream,
toothpaste, mayonnaise,
etc
Compared with
tensile stress and
compressive stress
MACAM-MACAM STRESS ?
100
lb
100
lb
100
lb
TENSILE STRESS
GLUE
COMPRESSIVE STRESS
SHEAR STRESS
TENSILE STRESS
100
lb
•TALI MENAHAN BERAT BENDA
•BERAT MEMBERIKAN GAYA YANG
CENDERUNG MENARIK TALI SAMPAI PUTUS =
TENSILE FORCE
•STRESS = RATIO GAYA YANG DIPAKAI
TERHADAP LUAS YANG MANA GAYA
DIBERIKAN = GAYA YANG DIBERIKAN BENDA
DIBAGI LUAS PENAMPANG  TENSILE STRESS
COMPRESSIVE STRESS
100
lb
•KOLOM MENAHAN BERAT BENDA
•BERAT MEMBERIKAN GAYA YANG
CENDERUNG MERUSAK KOLOM =
COMPRESSIVE FORCE
•STRESS DALAM KOLOM = GAYA YANG
DIBERIKAN BENDA DIBAGI LUAS
PENAMPANG = COMPRESSIVE STRESS
SHEAR STRESS
100
lb
GLUE
•CAIRAN LEM MENAHAN BERAT BENDA
•BERAT BENDA MEMBERIKAN GAYA YANG
CENDERUNG MENARIK BENDA MENURUNI
DINDING DAN MENGGESER CAIRAN
•GAYA CENDERUNG MEMBUAT SUATU
PERMUKAAN TERGELINCIR TERHADAP
PERMUKAAN TERDEKAT = SHEAR FORCE
•STRESS DALAM CAIRAN = GAYA DIBAGI LUAS
PERMUKAAN CAIRAN YANG BERGABUNG =
SHEAR STRESS
LIQUID?
•LIQUID = SUATU ZAT YANG TIDAK DAPAT
MENAHAN SHEAR FORCE SANGAT BESAR
SECARA PERMANEN
•BILA DIHADAPKAN KE SHEAR FORCE MAKA:
•FLUIDA MENGALAMI DEFORMASI
•MULAI BERGERAK
•SELALU BERGERAK SELAMA SHEAR FORCE MASIH
TETAP DIBERIKAN
•CONTOH : AIR, UDARA, MINYAK, SUSU, DLL
LIQUID?
C
A
C’
D
D’
Fluida adalah zat yang mengalami
deformasi bentuk secara kontinyu bila
dikenai shear stress terus menerus
Fluida akan mengalir pada suatu
kecepatan, yang akan naik
dengan kenaikan stress
Fluida menunjukkan resistensi
terhadap stress
Viskositas adalah properti suatu fluida yang memberi
kenaikan gaya untuk menahan gerak relatif lapisan-lapisan
yang berdekatan
Viscous forces timbul dari gaya yang ada antara molekul2
dlm fluida  sama dengan shear force dalam solid
SOLID ?
•SOLID = SUATU ZAT DAPAT MENAHAN SECARA
PERMANEN SHEAR FORCE YANG SANGAT
BESAR
•BILA DIHADAPKAN KE SHEAR FORCE MAKA
SOLID AKAN BERPINDAH PADA SUATU JARAK
DEKAT (ELASTIC DEFORMATION)  SETTING
UP INTERNAL SHEAR FORCE YANG
MENGHAMBAT EXTERNAL FORCE
•CONTOH : LOGAM, KAYU, KERTAS, DLL
INTERMEDIATE ?
•SUATU ZAT YANG DAPAT MENAHAN SECARA
PERMANEN shear force KECIL TETAPI TIDAK
DAPAT MENAHAN shear force YANG SANGAT
BESAR
•CONTOH : JELLY, BUTTER, PASTA GIGI, DLL
LIQUID-INTERMEDIATE-SOLID
LIQUID
INTERMEDIATE
SOLID
TYPE OF FLUIDS (1)
•EFEK TEKANAN : COMPRESSIBLE &
INCOMPRESSIBLE FLUIDS
•NEWTON‘S LAW OF VISCOSITY : NEWTONIAN
& NON-NEWTONIAN FLUIDS
TYPE OF FLUIDS (2)
•COMPRESSIBLE FLUIDS:
•SANGAT DIPENGARUHI OLEH PERUBAHAN DALAM
TEKANAN
•GASES (MOLEKUL2 RELATIF BERJAUHAN DENGAN FORCE
ATTRACTION RENDAH
•PADA SUHU DAN TEKANAN KRITIS : SIFAT GAS IDENTIK
DENGAN SIFAT LIQUID
•INCOMPRESSIBLE FLUIDS:
•TIDAK DIPENGARUHI OLEH PERUBAHAN DALAM
TEKANAN
•LIQUIDS
•FLUIDA AKAN MENGISI
SEMUA RUANG BILA GAS
PISTON
FLUID
TYPE OF FLUIDS (3)
•NEWTONIAN FLUIDS:
•FLUIDA YANG MENGIKUTI NEWTONS LAW OF VISCOSITY
•GASES & LIQUIDS YANG MEMPUNYAI SIMPLE CHEMICAL
FORMULA
•CONTOH : AIR, ALKOHOL, DLL DAN LARUTAN ENCER
•NON-NEWTONIAN FLUIDS:
•FLUIDA YANG TIDAK MENGIKUTI NEWTONS LAW OF
VISCOSITY
•COMPLEX MIXTURES & DISUSUN MOLEKUL2 PARTIKEL
YANG LEBIH BESAR DARI AIR
•CONTOH : PASTA GIGI, JELLY, SLURRIES, STARCH
SUSPENSION, DLL.
FLUID PROPERTIES ?
•PROPERTI FISIK PENTING : DENSITY,
VISCOSITY & SURFACE TENSION
•TERGANTUNG PADA KERAPATAN
MOLEKUL  LIQUID BIASANYA
MEMPUNYAI DENSITY, VISCOSITY, DLL
LEBIH BESAR DARIPADA GAS
DENSITY ?
• DEFINISI : MASS PER UNIT VOLUME, r = m/V
• CARA MENGUKUR ?
•LIQUID: MENIMBANG BERAT BOTOL (PYCNOMETER)
YANG DIKETAHUI VOLUMENYA; DIISI LIQUIDA &
DITIMBANG
•SOLID : MENIMBANG BERAT & MENENTUKAN VOLUME
•SOLID + FLUID : PARTICLE DENSITY (TRUE DENSITY) &
BULK DENSITY
• SPECIFIC GRAVITY : (DENSITY)/(DENSITY OF WATER AT
SPECIFIED T & P)
• GRAVITIES : SPECIAL SCALE FOR FLUID DENSITY
•API GRAVITY : UNTUK OIL & PETROLEUM PRODUCTS
•BRIX GRAVITY : UNTUK SUGAR INDUSTRY
•BAUME GRAVITY : UNTUK SULFURIC ACID
VISCOSITY ?
1
• DEFINISI : A MEASURE OF RESISTANCE TO FLOW
• ILUSTRASI ?
WATER
HONEY
mudah menyebar
sulit menyebar
VISCOSITY ?
2
• EKSPERIMEN ?
y
V=Vo
y=yo
FILM FLUIDA
x
y=0
STATIONARY PLATE, V=0
• PAPAN ATAS DITARIK PADA ARAH X DENGAN KEC. KONSTAN Vo
• GAYA, F, DIPERLUKAN UNTUK MELAWAN FRIKSI DALAM FILM
FLUIDA
• BESARNYA F TERGANTUNG KECEPATAN, LUAS PAPAN, PROPERTI
FLUIDA, JARAK ANTAR PAPAN
• LUAS PAPAN DPT DIABAIKAN DENGAN MENDEFINISIKAN SHEAR
STRESS (t = F/A)
VISCOSITY ?
3
• EKSPERIMEN ?
y
V=Vo
y=yo
FILM FLUIDA
x
y=0
STATIONARY PLATE, V=0
• PADA Vo <<<  PROFIL KECEP. FILM FLUIDA adalah LINIER
• V = Voy/yo
• dV/dy = (Vo - V) / (yo- y) = Vo /yo
= velocity of moving plate / distance between
plate
 SHEAR RATE, RATE OF STRAIN or RATE OF
SHEAR DEFORMATION
• PLOT t vs dV/dy
VISCOSITY ?
4
• PLOT t vs dV/dy  NEWTONS LAW OF VISCOSITY
dV
t =
dy
t
=
dV
dy
VISCOSITY or COEFICIENT OF
VISCOSITY
VISCOSITY ?
5
BINGHAM FLUIDS (BINGHAM PLASTIC):
dengan shear stress kecil tidak mengalir tetapi dengan shear stress besar
akan mengalir dgn mudah atau pada stress rendah viskositas tak terhingga
dan pada stress besar viskositas turun dengan naiknya gradien kecepatan.
contoh : bread dough, toothpaste, jelly, etc
PSEUDOPLASTIC :
viskositas turun dengan kenaikan gradien kecepatan
contoh: slurries, muds, polymer solns, blood, natural gums.
DILATANT :
viskositas naik dengan kenaikan gradien kecepatan;
contoh: starch suspensions
TIME DEPENDENT FLUID ?
RHEOPETIC
TIME INDEPENDENT
THIXOTROPIC
dV/dy
SURFACE TENSION
1
KONTRAKSI
LIQUIDA
FENOMENA TEGANGAN
PERMUKAAN ADALAH SEPERTI
KELAKUAN LIQUIDA KETIKA
DALAM RUANG YANG SEOLAHOLAH DIKELILINGI SUATU KULIT
YANG CENDERUNG KONTRAKSI
 MENGECIL
SURFACE TENSION
2
TEGANGAN PERMUKAAN
DISEBABKAN OLEH GAYA TARIKMENARIK MOLEKUL-MOLEKUL
DALAM LIQUIDA
SEMUA MOLEKUL SALING MENARIK
SATU DENGAN YANG LAIN, YANG
DITENGAH DITARIK SECARA SAMA KE
SEMUA ARAH, TETAPI YANG DITEPI
HANYA DITARIK KE ARAH PUSAT
GAYA TARIK MENARIK
ANTAR MOLEKUL
LIQUID
USAHA SETIAP MOLEKUL UNTUK
MENCAPAI PUSAT MENYEBABKAN
LIQUID MENGAMBIL SUATU BENTUK
YANG MEMPUNYAI JUMLAH MOLEKUL
TERBESAR PALING DEKAT DENGAN
PUSAT  BENTUK BOLA
GAS
SURFACE TENSION MEASUREMENT
Film liquida cenderung kontraksi
(membentuk bola)
Liquid Film
Karena film melekat pada kawat, maka
sliding wire akan tertarik kedalam
Sliding wire
Weight
Gaya yang diperlukan untuk menahan
gerakan dapat diukur dengan pemberat
Surface tension =
Force of one film
Length of wire
OWARI