Makalah Transfortasi Fluida.docx

BAB I PENDAHULUAN

1. Latar Belakang Dalam pembahasan dan pemahaman konsep Transfortasi Fluida maka beberapa pembahasan yang akan di bahas, mulai dari pengertian fluida, sifat-sifat fluida dan jenis – jenis fluida. Umumnya,makin besar laju deformasi fluida, makin besar pula tegangan geser untuk fluida tersebut. Viskositas atau kekentalan adalah ukuran untuk menyatakan hambatan atau ketahanan fluida terhadap deformasi . Definisi tentang fluida menyiratkan bahwa tegangan geser hanya ada bila sebuah ang menjalani deformasi. Fluida ideal boleh didefiniskan sebagai fluida yang tidak viskous; jadi tegangan geser dalam fluida ideal tidak ada, bahkan meskipun fluida itu mengalami deformasi. 1.1 Pengertian Fluida Fluida adalah suatu zat yang bisa mengalami perubahan-perubahan bentuknya secara continue/terus-menerus bila terkena tekanan/gaya geser walaupun relatif kecil atau bisa juga dikatakan suatu zat yang mengalir, kata fluida mencakup zat cair, gas, air, dan udara karena zat-zat ini dapat mengalir. Sebaliknya batu dan benda-benda keras (seluruh zat-zat padat tidak dapat dikategorikan sebagai fluida karena zat-zat tersebut tidak bisa mengalir secara continue).  Fluida terbagi menjadi 2 jenis yakni : 1. Fluida Cairan adalah zat yang tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkan bentuk wadahnya. *Contoh : air, minyak, olie, sirop, susu dan lain sebagainya . 2. Fluida gas adalah zat yang tidak mempunyai bentuk tetap, tetapi akan berkembang mengisi seluruh wadah. *Contoh : Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ketempat yang lain. 

Sifat-sifat fluida zat cair : a. Mempunyai permukaan yang bebas (free surface) b. Zat tersebut disuatu tabung hanya akan mengisi sebesar volume yang diperlukan c. Zat cair merupakan suatu zat yang incompressible (zat yang sukar dimampatkan)

1



Sifat-sifat fluida gas : a. Tidak memilikki permukaan bebas (free surface) b. Gas jika ditempatkan didalam tabung akan mengisi seluruh ruangan tersebut c. Gas merupakan zat yang compressible (zat yang dapat dimampatkan)

1.2 Sifat- sifat fluida Ada beberapa sifat-sifat dari fluida, yakni : 1. Rapat massa 2. SPGR 3. Viskositas 4. Kompresibilitas 5. Kapilaritas 6. Tegangan muka 7. Gas ideal 1.3 Rumusan masalah Dalam pembahasan Transfortasi Fluida maka ada sifat-sifat fluida yang akan di kaji diantaranya : a. Rapat massa b. SPGR c. Viskositas d. Kompresibilitas e. Kapilaritas f. Tegangan muka g. Gas ideal 1.4 Tujuan  Dapat memahammi yang dimaksud dengan : a. Rapat massa b. SPGR c. Viskositas d. Kompresibilitas e. Kapilaritas f. Tegangan muka g. Gas ideal  Dapat memahammi sifat-sifat fluida cair dan gas  Dapat memahammi perbedaan fluida cair dan gas

2

BAB II PEMBAHASAN

2. Sifat-sifat Fluida Semua fluida nyata (gas/uap dan zat cair) memilikki sifat-sifat khusus yang dapat diketahui, antara lain : rapat massa (density), kekentalan (viskocity), kemampatan (compressibility), tegangan permukaan (surface tension), dan kapilaritas (capilarity). Beberapa sifat fluida pada kenyataannya merupakan kombinasi dari sifat-sifat lainnya. 2.1 Rapat Massa Rapat massa adalah suatu besaran turunan dalam fisika yang secara umum lebih dikenal dengan massa jenis . Penggunaan istilah rapat massa bisa lebih umum dengan melihatnya sebagai persoalan satu,dua,atau tiga dimensi. Berbagai Rapat Massa Untuk berbagai kasus tertentu ada kalanya tidak diperlukan informasi massa jenis dalam tiga dimensi melainkan hanya dalam satu atau dua dimensi (suatu kawat panjang untuk kasus yang pertama dan suatu lempengan lebar untuk kasus yang kedua),di mana ukuran suatu dimensi jauh lebih besar dari dimensi yang lain. ►Tabel Berbagai rapat massa Rapat massa Dimensi Rumus Satuan (SI) 𝑚 1 Kg/m 𝜆 𝜆= 𝑙 𝑚 Σ 2 Kg/m2 σ= Ρ

𝑎 𝑚

ρ= 𝑣 Dengan l panjang, a adalah luas dan v adalah volume . 3

Kg/m3

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 memilikki massa jenis lebih tinggi ( misalnya besi ) akan memilikki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memilikki massa jenis lebih rendah (misalnya air ). Satuan SI massa jenis adalah kilogram per meter kubik ( kg/m3) Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memilikki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memilikki massa jenis yang sama . 3

Rumus untuk menentukan massa jenis adalah

Keterangan : ρ= massa jenis, ( kg/m3 , lb/ft3 ) m= massa ( kg,lb ) v= volume ( l,m3, Ft3 )

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛

Rumus massa jenis relatif = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑖𝑟 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑦𝑎 𝑠𝑎𝑚𝑎

►Tabel Massa Jenis Beberapa Material

Berat Jenis Berat jenis adalah berat benda tiap satuan volume pada temperature dan tekanan tertentu.

4

Berat jenis dinyatakan dengan : γ γ= ρ.g Keterangan : ►Untuk Sistem MKS γ= berat jenis ( kg/m3) ρ= rapat massa ( kg/m3 ) g= percepatan gravitasi bumi ( m/dt2 ) ►Untuk Sistem SI γ= berat jenis ( N/m3) ρ= rapat massa ( kg/m3 ) g= percepatan gravitasi bumi ( m/dt2 ) 2.2 Rapat relatif / SPGR 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 . Rapat relatif dinyatakan dengan : S 𝜌𝑧𝑎𝑡−𝑎𝑖𝑟

S=

𝜌𝑎𝑖𝑟

=

𝛾 𝑧𝑎𝑡−𝑎𝑖𝑟 𝛾𝑎𝑖𝑟 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑏𝑢𝑡

Kerapatan relatif suatu zat = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑖𝑟 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑟𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑎𝑚𝑎 𝑘𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑧𝑎𝑡

= 𝑘𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑎𝑖𝑟

2.3 Viskositas Kekentalan adalah sebuah ukuran penolakan sebuah fluida terhadap perubahan bentuk di bawah tekanan shear/tegangan geser. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluida kepada aliran dan dapat dianggap sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluida. Air memilikki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memilikki viskositas tinggi. Kekentalan disebabkan adanya kohesi ( gaya tarik menarik antar molekul yang sejenis ) . Zat mempunyai kekentalan yang besar adalah : olie, sirop, minyak sayur. Sedangkan zat cair yang mempunyai kekentalan yang kecil adalah : air, bensin .

5

Kekentalan dinyatakan dengan : v 𝜇 v=𝜌 Keterangan : v= Kekentalan kinematis( m2/dt ) µ= Kekentalan Dinamik ( Ndt/m2 ) ρ= rapat massa ( kg/m3 )

2.4 Kompresibilitas Kemampatan fluida adalah perubahan (pengecilan) volume karena adanya perubahan (pemampatan) tekanan. Kondisi tersebut ditunjukan 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 : K = dp/dV/v Apabila ditinjau benda dengan volume ‘V’ dan massa ‘m’, maka : 𝑚

ρ= 𝑣 Dideferensikan :

K= dp/dρ/ρ Persamaan diatas menunjukkan harga ‘K’ tergantung pada tekanan dan rapat massa. 2.5 Kapilaritas Kapilaritas adalah gejala naik turunnya permukaan air di dalam suatu tabung akibat gaya adhesi dan kohesi. ►Gaya kohesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang sejenis ►Gaya adhesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang tak sejenis

6

Dalam kapilaritas ada 2 keadaan yang dipengaruhi oleh gaya adhesi dan kohesi : ►Jika gaya adhesi lebih besar dari gaya kohesi maka cairan akan melengkung keatas didalam tabung yang dibasahinya. ►Jika gaya kohesi lebih besar dari gaya adhesi maka cairan akan melengkung kebawah didalam tabung yang tidak dibasahinya

Dengan demikian, besarnya gaya tegangan permukaan komponen vertikal yang bekerja sepanjang permukaan kontak adalah :

𝐹

γ= 𝑑  F = 𝛾𝑑 F= 𝛾𝑑 cos 𝜃 F= γ2𝜋𝑟 𝑐𝑜𝑠𝜃

Keterangan : F= gaya tegangan permukaan γ=tegangan permukaan r= jari-jari pipa kapiler θ = Sudut kontak Apabila permukaan cairan yang melengkung ke atas diabaikan , maka volume cairan dalam pipa adalah : Volume cairan = Luas permukaan pipa x Ketinggian cairan V= A x h V= ( 𝜋𝑟2)h

7

Komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan adalah : F= γ 2𝜋𝑟𝑐𝑜𝑠𝜃

Sedangkan berat cairan dalam pipa kapiler adalah : w=mg = ρvg = ρ ( 𝜋𝑟2h)g

Ketika cairan mencapai ketinggian maksimum (h), komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan harus sama dengan berat cairan yang ada dalam pipa kapiler. Secara matematis, ditulis : F=w γ2𝜋𝑟𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝜌(𝜋𝑟2h)g h=

2𝛾𝜋𝑟𝑐𝑜𝑠𝜃 𝜌(𝜋𝑟 2 )𝑔

2𝛾𝑐𝑜𝑠𝜃

h=

𝜌𝑔

2.6 Tegangan Muka Tegangan permukaan adalah tegangan akibat gaya tarik molekul zat cair ke arah bawah permukaan. Adanya tegangan permukaan tersebut menyebabkan terbentuknya lapisan tipis pada bidang permukaan tersebut menyebabkan terbentuknya lapisan tipis pada bidang permukaan zat cair yang mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan tarik. Molekul zat cair saling tarik menarik sesamanya, dengan gaya berbanding lurus dengan massa, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat-pusat massa. Gaya tarik menarik tersebut adalah setimbang, tetapi bila pada permukaan antara zat cair dan udara atau antara zat dengan lainnya, gaya tarik ke atas dan ke bawah tidak setimbang.

8

Gaya tekanan dalam adalah p.𝜋. 𝑟2, untuk tegangan permukaan pada keliling adalah 2. 𝜋. 𝑟. 𝜎. Untuk kesetimbangan akan terdapat hubungan : 2. 𝜋. 𝑟. 𝜎 = 𝜋. 𝑟2.p =ρ.r Atau 2.𝜎 = p.r 2𝜎

p= 𝑟

2.7 Gas ideal Gas ideal (perfect gas) adalah gas yang memenuhi persamaan keadaan pv=RT atau p= ρRT dengan R tetapan untuk gas tertentu yang tidak bergantung pada tekanan serta temperature, p tekanan mutlak, T temperatur mutlak, v volume jenis, dan ρ kerapatan. Untuk kebanyakan penerapan dalam rekayasa, sudah cukup bila diandaikan bahwa kebanyakan gas mempunyai perilaku yang memenuhi persamaan gas ideal. [ Istilah “gas ideal” (perfect gas) jangan dikacaukan 𝑝 dengan ”fluida ideal” . Gas ideal adalah gas yang memenuhi persamaan ρ=𝑅𝑇 sedangkan fluida ideal adalah fluida yang tidak viskous . p.v= n.R.T 𝑚 p.v= 𝑚𝑟 . R.T v=

𝑛.𝑅.𝑇 𝑃

p.mr = ρ=

𝑚

𝑝.𝑚𝑟

𝑣

.R.T

𝑅.𝑇

9

BAB III SOAL DAN PEMBAHASAN

3.1 Soal dan Pembahasan 1. Tentukan massa jenis sebuah kubus yang panjang sisinya 5 cm jika diketahui massa kubus 250 gram! (Soal Massa Jenis) Diketahui : m : 250 gram S : 5 cm Ditanya : ρ ... Jawab : * Menentukan volume kubus = sxsxs=(5x5x5)cm = 125 cm3 *ρ=

𝑚 𝑣

=

250 𝑔𝑟𝑎𝑚 125 𝑐𝑚^3

= 2 gram cm3.

2. Satu liter minyak mempunyai berat 0,6 kg/m3. Hitung berat jenis dalam satu liter minyak tersebut ... (Soal Berat Jenis) Diketahui : ρ : 0,6 kg/m3 Ditanya : γ ... Jawab : γ= 𝜌 𝑥 𝑔 = 0,6 x 10 = 6 kg/m3 3. Satu liter minyak yang memilikki berat sebesar 7,02 N , dan massa jenis sebesar 715,6 N/m3 . Tentukan rapat relatif/Spgr ... (Soal SPGR) Diketahui : V. Minyak : 1 Liter  0,001 m3 ρ : 715,6 N/m3 W : 7,02 N Ditanya : S... Jawab : S = ρ minyak / ρ air =

715,6 1000

= 0,7156

4. Bola bulat kecil berdameter 5 mm dilemparkan ke dalam sumur air dan bergerak dengan kecepatan terminal 10 cm/s Mengingat bahwa viskositas air adalah 0,01 poise. Diketahui VT = 10 cm/s = (0,1 m/s) ρair = 1000 kg/m3 d = 5 mm = 5 x 10-3 = (r = 2,5 x 10-3) m ŋ = 0,01 poise Ditanya : Hitung kerapatan bola sferis... Jawab : maka dengan menggunakan teorema Stokes kita peroleh : 2r^2g(ρb − ρair) 𝑉= 9ŋ 2(2,5 x 10−3 )2 x 9,8 x (ρb − 1000) 0,1 = (9 x 0,01) -3 9 x 10 = 122,5 x 10-6 (ρb – 1000) (ρb – 1000) = 0,073 x 103 Ρb = 1073 kg/m3

10

5. Hitunglah nilai penyimpangan dari kompresibilitas dari suatu gas apabila suatu gas dengan volume 1 liter dengan tekanan 1 atm dan suhu sebesar 60oC ...(Soal kompresibilitas) Diketahui : P : 1 atm v: 1 liter T: 60OC + 273 = 333 K Ditanya : Z ... Jawab : * Untuk menjawab soal ini menggunakan rumus gas non ideal 𝑃.𝑉

Z = 𝑅.𝑇

1𝑥1

1

= 0,831 𝑥 333 = 276.723 = 0.0036

6. Suatu lubang berdiameter 0,4 cm jika dimasukkan ke dalam air secara vertikal sudut kontaknya 60o . Jika tegangan permukaan air adalah 0,5 N/m , maka tentukanlah kenaikan air dalam tabung ... ( Soal kapilaritas) Diketahui : d : 0,4 cm 𝜃 : 60o γ : 0,5 N/m Ditanya : h ... Jawab : h =

2𝛾𝑐𝑜𝑠𝜃 𝜌.𝑔.𝑟

2 (0,5) cos 60

= (103 )(10)(2𝑥10−3 ) = 0,025 m = 2,5 cm

7. Pada peristiwa tegangan permukaan diketahui gaya tegang 4 N . Jika panjang permukaannya 20 cm , maka tentukanlah besar tegangan permukaannya ... (Soal Tegangan Muka) Diketahui : F : 4 N L : 20 cm  0,2 m Ditanya : γ ... 𝐹

Jawab : γ = 𝐿 = 4/0,2 = 20 N/m

8. 16 gram gas oksigen ( Mr = 32 gr/mol ) berada pada tekanan 1 atm dan suhu 27oC. Tentukanlah volume gas jika R = 8,314 J/mol.K ... (Soal gas ideal) Diketahui : R : 8,314 J/mol.K T : 27oC + 273 = 300 K n: 16gr / 32 gr/mol = 0,5 mol P : 1 atm  105 N/m2 Ditanya : v ... Jawab : P.v = n.R.T (105 N/m2) (v) = (0,5 mol) (8,314 J/mol.K)( 300 K) = 0,0125 m3

11

3.2 Soal Tentatif

12

BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan : Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan dapat menyesuaikan diri dengan bentuk dan tempat dimana fluida tersebut berada. Fluida digolongkan menjadi 2 macam yaitu : a. Fluida zat cair (liquids) b. Fluida gas (gases) dan uap Sifat-sifat fluida zat cair : a. Mempunyai permukaan yang bebas (free surface) b. Zat tersebut disuatu tabung hanya akan mengisi sebesar volume yang diperlukan c. Zat cair praktis merupakan suatu zat yang incompressible (zat yang sukar dimampatkan) Sifat-sifat fluida gas : a. Tidak memilikki permukaan bebas (free surface) b. Gas jika ditempatkan didalam tabung akan mengisis seluruh ruangan tersebut c. Gas merupakan zat compressible (zat yang dapat dimampatkan

13