03. Stress

3 Besaran2 Sekunder

AM TM Unlam 2008 HMKK325 Mekanika Fluida 1 2

Viscosity

Viscosity merupakan sifat sekunder fluida yang merupakan besaran khas mekanika fluida terpenting, yang menghubungkan tegangan dan laju regangan dari fluida bergerak.

Fluida2 seperti air, minyak dan udara menunjukkan hubungan linier (lihat gambar):

Viscosity merupakan sebuah koefisien sedemikian rupa sehingga:

Fluida2 yang memenuhi hubungan linier di atas merupakan fluida2 Newtonian.

dy

du

dt

d

dy

du

dt

d


Viscosity (lanjutan)

Gambar di samping memperlihatkan suatu lapisan fluida yang disebut lapisan batas (boundary layer) di sekitar batas aliran (dinding).

Profil kecepatan pada suatu aliran fluida viscous diperlihatkan pada gambar di samping.

Kondisi no-slip (u = 0, dan maksimum) di dinding merupakan ciri khas suatu aliran fluida viscous.

Kinematic viscosity:

g



Viscosity dari berbagai fluida pada 1 atm dan 20 C diberikan pada tabel berikut.



Viscosity fluida2 Newtonian merupakan besaran termodinamik dan bervariasi terhadap tekanan dan temperatur.

Pengaruh tekanan terhadap viscosity umumnya dapat diabaikan.

Viscosity fluida2 hanya meningkat sangat sedikit dengan naiknya tekanan. Contoh: viscosity udara naik 10% dari tekanan 1 ke 50 atm.

Temperatur berpengaruh kuat terhadap viscosity.

Dengan meningkatnya temperatur: viscosity cairan menurun, viscosity gas meningkat. Untuk 0 dan T0 pada temperatur mutlak (273 K):

Udara: n ≈ 0.7, S ≈ 110 K. Air: untuk T0 = 273.16 K dan 0 = 0.001792 kg/(m · s), a = –1.94, b = –4.80, c = 6.74.

200

0

ln :Cairan

T

Tc

T

Tba

Sutherlandaturan /

pangkataturan

:Gas

02/3

0

0

0

ST

STTT

T

Tn


Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds Re untuk kecepatan V dan panjang aliran L:

Penting di dalam analisis aliran untuk mengetahui interval nilai Re dari suatu aliran.

Re rendah: aliran laminer. Misal: di sekitar dinding aliran.

Re tinggi: aliran turbulen.

VLVLRe


Aliran di antara Pelat

Untuk suatu aliran viscous tak turbulen di antara 2 pelat:

yh

yVyu

)(


Contoh 3.1

Misalkan minyak SAE 30 pada 20 C mengalir di antara 2 pelat. = 0.29 kg/(m· s).

Jika V = 3 m/s dan h = 2 cm, hitung shear stress yang dialami minyak.

Jawab: 43 Pa.

Catatan: Walaupun minyak merupakan fluida yang sangat kental, shear stress ini jauh lebih kecil dari tekanan atmosfer.


Tekanan Uap

Tekanan uap: tekanan di mana cairan mendidih dan berada pada keseimbangan dengan uapnya.

Jika tekanan cairan lebih tinggi dari tekanan uapnya, maka hanya terjadi penguapan di batas antara cairan-gas.

Jika tekanan cairan pada suatu saat lebih rendah dari tekanan uapnya, gelembung2 uap muncul pada cairan.

Cavitation: proses di mana tekanan cairan jatuh secara drastis di bawah tekanan uapnya pada suatu aliran. Percepatan akibat aliran dapat menurunkan tekanan cairan secara cepat.

Ledakan gelembung2 uap saat cavitation dapat menyebabkan erosi pada logam.


Tension

Suatu cairan yang bersentuhan dengan fluida lain tidak dapat berekspansi bebas dan membentuk suatu permukaan sentuh (interfacial surface).

Untuk suatu potong sepanjang dL pada permukaan sentuh ini, bekerja gaya sebesar YdL, di mana Y adalah tension permukaan.

Dua jenis permukaan sentuh yang umum adalah antara air-udara dan raksa-udara. Pada 20 C, tension tersebut adalah:


Tension (lanjutan)


Tension (lanjutan)

R

Yp

R

Yp

2


Tension (lanjutan)

Sudut kontak terbentuk saat cairan bersentuhan dengan padatan.

Jika < 90 C, cairan membasahi padatan, cairan disebut wetting.

Jika > 90 C, cairan disebut non-wetting.


Contoh 3.2

Turunkan rumus untuk tension permukaan dari cairan dengan berat jenis di dalam pipa kapiler pada gambar di samping.

cos2

RhY

Documents

03. Stress