Dasar Teori Aliran Fluida Untuk laporan Praktikum Operasi I (OTK I)
Fluida yaitu sebuah zat yang dpat mengalir bisa berupa cairan atau gas. Fluida mengganti bentuknya dengan mudah dan didalam perkara mengenai gas,memiliki volume yang sama dengan volume uladuk yang membatasi gas tersebut. Pemakaian mekanika kepada medium kontinyu,baik benda padat maupun fluida yakni didasari pada hukum gerak newton yang digabungkan dengan aturan gaya yang tepat.
Fluida yakni zat yang tidak mampu menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen. Bila kita mencoba mengganti bentuk sebuah massa fluida, maka di dalam fluida tersebut akan terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu akan mengalir di atas lapisan lainnya, sehingga tercapai bentuk gres. Selama perubahan bentuk tersebut, terdapat tegangan geser (shear tertekan), yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju alir fluida relatif kepada arah tertentu. Bila fluida sudah menerima bentuk hasilnya, semua tegangan geser tersebut akan hilang sehingga fluida berada dalam keadaan kesetimbangan. Pada temperatur dan tekanan tertentu, setiap fluida memiliki densitas tertentu. Jika densitas hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang suhu dan tekanan yang relatif besar, fluida tersebut bersifat incompressible. Tetapi jikalau densitasnya peka kepada pergeseran variabel temperatur dan tekanan, fluida tersebut digolongkan compressible.
Zat cair biasanya dianggap zat yang incompresible, sedangkan gas lazimnya dikenal selaku zat yang compresible. Perilaku zat cair yang mengalir sungguh bergantung pada kenyataan apakah fluida itu berada di bawah efek bidang batas padat atau tidak. Di daerah yang pengaruh goresan dinding kecil, tegangan geser mampu diabaikan dan perilakunya mendekati fluida-ideal, adalah incompresible dan memiliki viskositas 0.Aliran fluida ideal yang demikian disebut fatwa berpotensi. Pada anutan memiliki peluang berlaku prinsip-prinsip mekanika Newton dan hukum kekekalan massa.
Salah satu cara untuk menerangkan gerak sebuah fluida adalh dengan membagi –bagi fluida tersebut menjadi bagian volume yang sangat kecil yang dapat dinamakan partikel fluida danmengikuti gerak masing-masing partikel ini.
Suatu massa fluida yang mengalir senantiasa mampu dibagi-bagi menjadi tabung pedoman,bila pemikiran tersebut yaitu tunak, waktu tabung-tabung tetap tidak berganti bentuknya dan fluida yang pada suatu saan berada didalam suatu tatung akan tetap berada dalam tabung ini seterusnya. Kecepatan ajaran didalam tabung aliran adalah sejajar dengan tabung dan mempunyai besar berbanding terbalik dengan luas penampangnya.
Prinsip-prinsip dasar mekanika fluida yang paling berguna dalam penerapan mekanika fluida yaitu persamaan-persamaan neraca massa atau persamaan kontinuitas, persamaan-persamaan neraca momentum linear dan neraca saat-saat angular (sudut), dan neraca energi mekanik. Persamaan-persamaan itu mampu dituliskan dalam bentuk diferensial yang memberikan kondisi pada sebuah titik di dalam elemen volume fluida, atau mampu pula dalam bentuk integral yang berlaku untuk pola volume tertentu atau massa tertentu.
Bilangan Reynold pemikiran dipakai untuk memperlihatkan sifat utama anutan, ialah apakah ajaran ialah laminar, turbulen, atau transisi serta letaknya pada skala yang memperlihatkan pentingnya secara relatif kecenderungan turbulen berbanding dengan laminar.
Rapat jenis atau density (ρ) ialah ukuran konsentrasi suatu zat dan dinyatakan dalam satuan massa per satuan volume. Sifat ini diputuskan dengan cara menghitung ratio massa zat yang terkandung dalam sebuah bab tertentu terhadap volume bab tersebut.
Viskositas fluida adalah ukuran ketahanan suatu fluida kepada deformasi atau pergeseran bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya peningkatan temperatur hal ini disebabkan gaya – gaya kohesi pada zat cair kalau dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunnya viskositas dari zat cair tersebut.
Cairan dengan rapat massa yang akan lebih mudah mengalir dalam kondisi laminer. Dalam pedoman fluida perlu ditentukan besarannya, atau arah vektor kecepatan ajaran pada sebuah titik ke titik lainnya. Agar memperoleh penjelasan ihwal medan fluida, kondisi rata-rata pada daerah atau volume yang kecil mampu diputuskan dengan instrument yang tepat.
Pengukuran pemikiran yaitu untuk mengukur kapasitas pedoman, massa laju pemikiran, volume pemikiran. Pemilihan alat ukur anutan tergantung pada kecermatan, kemampuan pengukuran, harga, fasilitas pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur tersebut.
Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan pengukuran-pengukuran, contohnya: langsung, tak langsung, gravimetrik,volumetrik, elektronika, elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara pribadi berisikan atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatupenampang dalam sebuah selang waktu tertentu. Metoda tak pribadi bagi pengukuran debit membutuhkan penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa dititik pada suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode pengukuran pedoman yang paling teliti ialah penentuan gravimerik atau penentuan volumetrik dengan berat atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur.
Aliran fluida dapat diaktegorikan:
1. Aliran laminar
Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan–lapisan, atau lamina–lamina dengan satu lapisan meluncur secara tanpa kendala . Dalam ajaran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga fatwa laminar menyanggupi hukum viskositas Newton ialah : τ = µ dy/du
2. Aliran turbulen
Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sungguh tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang menjadikan saling tukar momentum dari satu bab fluida kebagian fluida lainnya dalam skala yang besar. Dalam kondisi anutan turbulen maka turbulensi yang terjadi menghidupkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian fatwa.
3. Aliran transisi
Aliran transisi ialah fatwa peralihan dari anutan laminar ke anutan turbulen.
Pada fluida air, sebuah pemikiran diklasifikasikan laminar kalau aliran tersebut memiliki bilangan Reynold (Re) kurang dari 2300. Untuk pemikiran transisi berada pada bilangan 2300 < Re < 4000, disebut juga selaku bilangan Reynold kritis.Sedangkan untuk anutan turbulen memiliki bilangan Reynolds lebih dari 4000.
Pipa adalah saluran tertutup yang umumnya berpenampang lingkaran yang dipakai untuk mengalirkan fluida dengan wajah pedoman sarat . Fluida yang di alirkan melalui pipa mampu berupa zat cair atau gas dan tekanan mampu lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair di dalam pipa tidak sarat maka pemikiran tergolong dalam pemikiran saluran terbuka atau karena tekanan di dalam pipa sama dengan tekanan atmosfer (zat cair di dalam pipa tidak penuh), ajaran temasuk dalam pengaliran terbuka.Karena mempunyai permukaan bebas, maka fluida yang dialirkan dalah zat cair. Tekanan dipermukaan zat cair disepanjang jalan masuk terbuka yakni tekanan atmosfer.
Perbedaan mendasar antara ajaran pada saluran terbuka dan ajaran pada pipa adalah adanya permukaan yang bebas yang (hampir senantiasa) berbentukudara pada terusan terbuka. Makara seandainya pada pipa alirannya tidak penuh sehingga masih ada rongga yang berisi udara maka sifat dan karakteristik alirannya sama dengan pemikiran pada terusan terbuka. Misalnya aliran air pada gorong-gorong. Pada kondisi akses sarat air, desainnya mesti mengikuti kaidah pedoman pada pipa, tetapi jika mana pedoman air pada gorong- gorong didesain tidak penuh maka sifat alirannya ialah sama dengan pemikiran pada terusan terbuka. Perbedaan yang lainnya yakni saluran terbuka mempunyai kedalaman air (y), sedangkan pada pipa kedalam air tersebut ditransformasikan berupa (P/y). Oleh karena itu desain analisis pemikiran pada pipa mesti dalam kondisi pipa terisi sarat dengan air. Zat cair riil didefinisikan sebagi zat yang mempunyai kekentalan, berlainan dengan zat air ideal yang tidak mempunyai kekentalan. Kekentalan disebabkan alasannya adalah adanya sifat kohesi antara partikel zat cair. Karena adanya kekentalan zat cair maka terjadi perbedaan kecepatan partikel dalam medan pedoman.
Partikel zat cair yang berdampingan dengan dinding batas akan membisu (kecepatan nol) sedang yang terletak pada suatu jarak tertentu dari dinding akan bergerak. Perubahan kecepatan tersebut ialah fungsi jarak dari dinding batas. Aliran zat cair riil disebut juga aliran viskos. Aliran viskos adalah pedoman zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas). Viskositas terjadi pada temperature tertentu.