Fluida adalah zat yang tidak dapat
menahan perubahan bentuk (distorsi)
secara permanen. Bila kita mencoba merubah bentuk masa suatu flluida, maka
didalam fluida itu akan terbentuk lapisan-lapisan dimana lapisan yang satu
meluncur di atas yang lain hingga mencapai bentuk baru. Selama perubahan bentuk
ini, terdapat tegangan geser (shearstress)
yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju luncur. Tetapi, bila
fluida itu sudah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser itu akan
hilang. Fluida yang dalam kesetimbangan itu bebas dari tegangan geser (Foust,
1980 : 230).
Fluida dapat mengalir didalam atau
saluran dengan beberapa cara tergantung gaya
yang mempengaruhinya. Aliran-aliran yang lambat dipengaruhi oleh gaya visko, cenderung
dapat diramalkan dan digambarkan sebagai aliran laminar. Pada aliran pipa yang
laminar, fluida berlaku sebagai lapisan-lapisan konsentris yang mengalir dengan
kecepatan maksimum pada bagian sumbu pipa, dan kecepatan yang paling rendah
pada bagian dinding dengan pola distribusi berupa parabola. Jika zat warna
diinjeksikan pada laju aliran rendah, zat warna tersebut mengalir tanpa adanya
gangguan bersama dengan aliran umum dan tidak terlihat adanya campur silang. Proses
pencampuran hanya terjadi karena adanya distribusi molekular. Perilaku aliran
zat warna ini menunjukkan dengan jelas bahwa air itu mengalir menurut
garis-garis lurus yang sejajar dan bahwa aliran itu laminar (Tim Dosen Teknik
Kimia, 2008 : V-1).
Perilaku zat cair yang mengalir
sangat bergantung pada kenyataan apakah fluida itu berada dibawah pengaruh
bidang batas padat atau tidak. Di daerah di mana pengaruh landing. Tegangan geser mungkin dapat diabaikan dan perilaku fluida
itu mungkin mendekati perilaku fluida ideal, yang tak mampu mampat dan
mempunyai viskositas nol (McCabe, 1985 : 40).
Peningkatan kecepatan alir pada
dasarnya akan mengubah pola atau perilaku aliran secara drastis. Sebagai suatu
kelembaman dari fluida (disebabkan oleh densitasnya) menjadi lebih signifikan,
daripada gaya viskos ndan kemudian menyebabkan aliran turbulen, pada aliran
pipa tercampur secara cepat karena pergerakan larutan dalam aliran dan perilaku
zat warna terlihat tidak berataturan, gerakan-gerakan ini terlihat acak dan tidak
beraturan, akibat tidak stabilnya aliran (Tim Dosen Teknik Kimia, 2008).
Didalam arus fluida tak mampu
mampat yang berada dibawah pengaruh batas padat, terdapat empat macam efek yang
sangat penting :
1.
Gabungan antara medan
gradien kecepatan dengan medan
2.
Terbentuknya keturbulenan
3.
Terbentuknya dan berkembangnya lapisan
atas
4.
Pemisahan lapisan batas kontak dengan
batas padat.
(McCabe, 1985 : 40).
Aliran incompressible merupakan
aliran yang mempunyai densitas yang konstan atau mendekati konstan. Fluida
mengalir secara normal seperti pada aliran incompressible,
seperti gas dapat mengalami aliran yang incompressible
terkecuali pada konteks hydraulic
transients. Fluida compressible,
seperti gas dapat mengalami aliran yang incompressible
apabila perubahan tekanan dan densitas yang tidak berarti. Seringkali aliran incompressible diketahui dengan aliran
yang memiliki variasi densitas sebesar 5 sampai 10 persen. Bentuk aliran untuk
kepentingan prakris seperti pada pipa dalam saluran dikenall sebagai arah satu
dimensi. Terdapat suatu aliran yang disebut sebagai sebuah aliran; kecepatan
komponennya tegak lurus dengan aliran yang dapat dikarenakan bernilai nol dan
memberikan pengaruh yang tidak berarti. Variasi kecepatan alir, tekanan
densitas dan suhu hanya bergantung pada arah aliran (Perry, 1997).
Pada aliran pipa yang laminar, fluida berlaku sebagai lapisan-lapisan
konsentris yang mengalir dengan kecepatan maksimum pada bagian sumbu pipa dan
kecepatan yang paling rendah pada bagian dinding dengan pola distribusi berupa
parabola. Jika zat warna diinjeksi pada laju aliran rendah, zat warna mengalir
tanpa adanya campur silang. Proses pencampuran hanya terjadi karena adanya
difusi molekuler. Perilaku aliran zat warna ini menunjukkan dengan jelas bahwa
air itu menglir menurut garis-garis lurus yang sejajar dan bahwa aliran itu
laminar (Mc Cabe, 1986 :63)
Pada aliran pipa yang turbulen, zat warna yang diinjeksi akan tercampur
secara cepat karena pergerakan lateral dalam aliran dan perilaku aliran zat
warna terlihat tidak beraturan. Gerakan-gerakan ini terlihat acak dan tidak
beraturan akibat tidak stabilnya aliran.
Aliran turbulen terdiri dari suatu massa pusaran dari berbagai ukuran yang
bersama-sama dalam arus aliran aliran itu. Pusaran-pusaran yang lebih besar
selalu terbentuk secara sinambung, lalu pisah menjadi pusaran yang yang lebih
kecil, lalu membuat lagi pusaran-pusaran yang kecil lagi. Akhirnya
pusaran-puasaran yang paling kecil itu menghilang. Pada suatu waktu tertentu
dan pada volume tertentu terdapat suatu spektrum ukuran pusaran yang lebih
luas. Keturbulenan dapat dibangkitkan dengan berbagai cara selain dari aliran
melalui pipa. Pada umumnya, keturbulenan dapat terjadi karena antara arus
aliran dengan batas padat atau karena kontak antara dua lapisan fluida yang
bergerak dengan kecepatan berbeda. Keturbulenan jenis pertama disebut
keturbulenan dinding (wall turbelence),
sedang jenis yang kedua keturbulenan bebas (free
turbulence). Keturbulenan
dinding terjadi bila fluida mengalir saluran tertutup atau terbuka atau
melintas bentuk-bentuk padat yang terbenam di dalam arus fluida. Keturbulenan
bebas terjadi dalam aliran jet di dalam massa fluida stagnant (diam) atau bila ada lapisan-lapisan yang memisahkan dari
dinding padat dan mengalir melalui keseluruhan fluida. Keturbulenan bebas
sangat penting dalam operasi pencampuran.
Reynolds juga mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran berubah menjadi
jenis lain, yaitu aliran transisi, dimana aliran zat warna menunjukkan suatu
gejolak singkat dari pencampuran kemudian diikuti aliran yang lebih bersifat
laminar. Pada aliran transisi, kecepatan kritis dimana aliran laminar berubah menjadi
aliran turbulen, bergantung pada empat buah besaran; diameter tabung, serat
viskositas, densitas dan kecepatan linier rata-rata zat cair.
Gugus variabel tanpa dimensi itu yang didefinisikan oleh persamaan (1)
dinamakan Reynolds Number. Besarnya
tidak bergantung pada satuan yang digunakan, asal saja satuan-satuan itu
konsisten. Pengamatan-pengamatan selanjutnya menunjukkan bahwa transisi dari
aliran laminar menjadi aliran turbulen dapat berlangsung pada suatu kisaran Reynolds Number yang cukup luas. Aliran
laminar selalu ditemukan pada Reynolds
Number di bawah 2100 tetapi bisa
terdapat pada Reynolds Number sampai
beberapa ribu, yaitu dalam kondisi khusus dimana lubang-lubang tabung sangat
baik kebundarannya dan zat cair di dalam tangki sangat tenang. Pada kondisi
aliran biasa, aliran turbulen pada Reynolds
Number di atas 4000. antara 4000 dan 2100 itulah yang disebut transisi,
dimana jenis aliran itu mungkin laminar dan mungkin turbulen, bergantung pada
kondisi lubang masuk tabung dan jaraknya dari lubang itu (McCabe, 1999:47).
Didalam permukaan dari pipa secara
efektif oleh cairan mengalir di dinding pipa secara efektif oleh cairan mengalir didinding pipa dan kekerasan dari
pipa hanya mempunyai sedikit efek atas perlawanannya untuk mengalir yang
ditentukan oleh sifat dari fluidanya, kecepatan dari aliran fluida bervariasi
ke seberang garis tengah pipa dari dekat dinding pipa kedalaman pipa maksimum.
Berikut ini adalah pola aliran.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar