Pertemuan Ke 3

Company

LOGO

Mekanika Fluida Teknik Kimia

Dr.Ir.H.Muhammad Yerizam,MTMinggu ke 3

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya

SIFAT FLUIDA

1. Rapat Massa (Density),

2. Kekentalan (viscosity),

3. Kemampatan (compressibility),

4. Tegangan permukaan (surface tension),

5. Kapilaritas (capillarity).

Rapat Massa (Density)Rapat massa adalah suatu besaran turunan dalam fisika yang secara umum lebih dikenal massa jenis. Penggunaan istilah rapat massa bisa lebih umum dengan melihatnya sebagai persoalan satu dimensi, dua dimensi atau tiga dimensi. Pada kasus yang terakhir ini lebih dikenal karena sifatnya yang lebih nyata.

Massa jenis

Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air). Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama

Berat Jenis

g.

Berat jenis adalah berat benda tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu.Berat jenis dinyatakan dengan :

Dimana : Untuk Sistem MKSγ = berat jenis (kg/m3)ρ = rapat massa (kg/m3)g = percepatan grafitasi bumi (m/dt2)

Untuk sistem SIγ = berat jenis (N/m3)ρ = rapat massa (kg/m3)g = percepatan grafitasi bumi (m/dt2)

Rapat relatif

Adalah perbandingan antara rapat massa suatu zat terhadap rapat massa air, atau perbandingan antara berat jenis zat terhadap berat jenis air pada suhu 4oC.

air

cairzat

air

cairzatS

Contoh SoalSatu liter minyak mempunyai berat 0,7 kg. Hitung berat jenis, rapat massa dan rapat relatif ?

Penyelesaian:

Berat jenis (γ) = 0,7 x 1000 = 700 kg/m3

Rapat Massa ( ρ ) = γ/g = (700 kg/m3)/(9,81m/dt2) = 71,36 kg.dt2/m4

Diketahui bahwa : kg (kgf) = g . kgm kg = 9,81 m/dt2.kgm kg.dt2/m = 9,81 kgmmaka Rapat massa ( ρ ) = 71,36 (kg.dt2/m4) x 9,81 (kgm/kg.dt2/m) = 700 kgm / m3

-Rapat relatif (S) = (densiti zat cair) / (densiti air) S = (700 kgm/m3) / (1000 kg/m3)

S = 0,7

Kekentalan (viscosity)Viskositas adalah sebuah ukuran penolakan sebuah fluida terhadap perubahan bentuk di bawah tekanan shear/tegangan geser. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluida kepada aliran dan dapat diangap sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluida.

Ketika sebuah tekanan shear/tegangan geser diterapkan kepada sebuah benda padat, benda itu akan berubah bentuk sampai mengakibatkan gaya yang berlawanan untuk mengimbangkan, sebuah ekuilibrium/kesetimbangan. Namun, ketika sebuah tegangan geser diterapkan kepada sebuah fluida, seperti angin bertiup di atas permukaan samudra, fluida mengalir, dan berlanjut mengalir ketika tekanan diterapkan. Ketika tekanan dihilangkan, umumnya, aliran berkurang karena perubahan energi dalam. Dan ini dikenal dengan teori Newton.

Kekentalan (viscosity)Kekentalan disebabkaan adanya kohesi (gaya tarik menarik) antar partikel zat cair. Zat cair ideal dianggap tidak mempunyai kekentalan, zat cair riil dianggap mempunyai kekentalan.

Kemampatan (compressibility)

Kemampatan fluida adalah perubahan (pengecilan) volume karena adanya perubahan(penambahan) tekanan. Kondisi tersebut ditunjukkan oleh perbandingan antara perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal. Perbandingan ini dikenal dengan modulus elastisitas.Bila dp adalah pertambahan tekanan dan dV adalah pengurangan volume dari volume awal V maka:

Apabila ditinjau benda dengan volume ‘ V ’ dan massa ‘m’, maka

Kemampatan (compressibility)

Persamaan di atas menunjukkan, harga ‘K’ tergantung pada tekanan dan rapat massa.Karena rapat massa dipengaruhi temperatur, maka harga ‘K’ juga tergantung pada perubahan temperatur selama pemampatan.

Kemampatan (compressibility)Apabila tidak terjadi transfer panas selama proses perubahan, maka Ki disebut dengan modus elastisitas adiabatik.

Pada zat cair dan padat; Ka = KiHarga ‘K’ untuk zat cair sangat besar, hingga perubahan rapat massa karena perubahan tekanan adalah sangat kecil, sehingga perubahan rapat massa zat cair sering di abaikan, dan dianggap sebagai zat tak kompresibel atau tidak termampatkan. Tetapi pada kondisi tertentu di mana perubahan tekanan sangat besar dan mendadak, maka anggapan zat cair ter kompresibel tidak bisa berlaku.

Contoh Misalnya terjadi pada penutupan katup turbin PLTA secara mendadak,

sehingga mengakibatkan perubahan (kenaikan yang sangat besar).Pada gas, mempunyai harga K yang sangat kecil dan tidak konstan sehingga

modus elastisitas tidak di gunakan dalam analisis gas.

Kemampatan (compressibility)

Tegangan permukaan (surface tension)

Tegangan permukaan disebabkan oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang menarik molekul apabila molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah permukaan cairan. Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi jarum, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang jarum tetap di permukaan air tanpa tenggelam.

Gaya ke atas untuk menopang jarum agar tidak tenggelam merupakan perkalian koefisien tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang jarum disini adalah permukaan yang bersentuhan dengan zat cair.Gaya yang diperlukan untuk mengangkat jarum adalah gaya ke atas dijumlah gaya berat jarum (mg).

Tegangan permukaan (surface tension)

Kapilaritas (capillarity).

Kapilaritas adalah gejala naik turunnya permukaan air di dalam suatu tabung akibat gaya adhesi dan gaya kohesi. Jika Kohesi lebih kecil dari adhesi, maka permukaan zat cair akan naik. Jika kohesi lebih besar dari pada adhesi, maka permukaan zat cair akan turun.

Gaya Kohesi dan Adhesi

Gaya Kohesi merupakan gaya tarik menarik antara molekul dalam zat yang sejenis, sedangkan gaya tarik menarik antara molekul zat yang tidak sejenis dinamakan Gaya Adhesi. Misalnya kita tuangkan air dalam sebuah gelas. Kohesi terjadi ketika molekul air saling tarik menarik, sedangkan adhesi terjadi ketika molekul air dan molekul gelas saling tarik menarik

Konsep Kapilaritas

Apabila gaya kohesi cairan lebih besar dari gaya adhesi, maka permukaan cairan akan melengkung ke bawah. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih tinggi (Lihat digambar di bawah). Dengan kata lain, cairan yang ada dalam wadah naik melalui kolom pipa tersebut. Hal ini disebabkan karena gaya tegangan permukaan total sepanjang dinding tabung bekerja ke atas. Ketinggian maksimum yang dapat dicapai cairan adalah ketika gaya tegangan permukaan sama atau setara dengan berat cairan yang berada dalam pipa. Jadi, cairan hanya mampu naik hingga ketinggian di mana gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan yang ada dalam pipa.

Konsep Kapilaritas

jika gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka permukaan cairan akan melengkung ke atas. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih rendah (lihat gambar di bawah).

Company

LOGO

PERTANYAAN TUGAS-2

1.Jelaskan mengapa kapas lebih lambat dari kertas turunnya ke bumi bila mereka sama-sama berada di udara

2.Apa yang menyebabkan pesawat terbang bisa terbang di udara. Jelaskan pendapat saudara.

3. Jelaskan konsep lilin yang dinyalakan dimana Bagian bawah dari sumbu lilin yang terbakar biasanya selalu basah oleh leleh lilin (di bagian sumbu). Adanya leleh lilin pada sumbu membuat lilin bisa menyala dalam waktu yang lama. Apa yang menyebabkan leleh lilin bisa bergerak ke atas menuju sumbu lilin yang terbakar ?