FLUIDS

FLUIDS ? WHAT IS A FLUID ? THE IDEA OF SHEAR STRESS Mechanics is the study of force and motion  Fluid mechanics is the study of force and motion in fluids Intermediate: jelly, butter, cold cream, toothpaste, mayonnaise, etc Fluids : air, water, gasoline, lubricating oil, milk, etc. Solids: steel, diamond, wood, paper, stone, etc Compared with tensile stress and compressive stress

100 lb TENSILE STRESS 100 lb COMPRESSIVE STRESS 100 lb GLUE SHEAR STRESS MACAM-MACAM STRESS ?

TENSILE STRESS •TALI MENAHAN BERAT BENDA •BERAT MEMBERIKAN GAYA YANG CENDERUNG MENARIK TALI SAMPAI PUTUS = TENSILE FORCE •STRESS = RATIO GAYA YANG DIPAKAI TERHADAP LUAS YANG MANA GAYA DIBERIKAN = GAYA YANG DIBERIKAN BENDA DIBAGI LUAS PENAMPANG  TENSILE STRESS 100 lb

COMPRESSIVE STRESS •KOLOM MENAHAN BERAT BENDA •BERAT MEMBERIKAN GAYA YANG CENDERUNG MERUSAK KOLOM = COMPRESSIVE FORCE •STRESS DALAM KOLOM = GAYA YANG DIBERIKAN BENDA DIBAGI LUAS PENAMPANG = COMPRESSIVE STRESS 100 lb

SHEAR STRESS •CAIRAN LEM MENAHAN BERAT BENDA •BERAT BENDA MEMBERIKAN GAYA YANG CENDERUNG MENARIK BENDA MENURUNI DINDING DAN MENGGESER CAIRAN •GAYA CENDERUNG MEMBUAT SUATU PERMUKAAN TERGELINCIR TERHADAP PERMUKAAN TERDEKAT = SHEAR FORCE •STRESS DALAM CAIRAN = GAYA DIBAGI LUAS PERMUKAAN CAIRAN YANG BERGABUNG = SHEAR STRESS 100 lb GLUE

LIQUID? •LIQUID = SUATU ZAT YANG TIDAK DAPAT MENAHAN SHEAR FORCE SANGAT BESAR SECARA PERMANEN •BILA DIHADAPKAN KE SHEAR FORCE MAKA: •FLUIDA MENGALAMI DEFORMASI •MULAI BERGERAK •SELALU BERGERAK SELAMA SHEAR FORCE MASIH TETAP DIBERIKAN •CONTOH : AIR, UDARA, MINYAK, SUSU, DLL

LIQUID? A D C C’ D’ Fluida adalah zat yang mengalami deformasi bentuk secara kontinyu bila dikenai shear stress terus menerus  Fluida akan mengalir pada suatu kecepatan, yang akan naik dengan kenaikan stress  Fluida menunjukkan resistensi terhadap stress  Viskositas adalah properti suatu fluida yang memberi kenaikan gaya untuk menahan gerak relatif lapisan-lapisan yang berdekatan  Viscous forces timbul dari gaya yang ada antara molekul2 dlm fluida  sama dengan shear force dalam solid

SOLID ? •SOLID = SUATU ZAT DAPAT MENAHAN SECARA PERMANEN SHEAR FORCE YANG SANGAT BESAR •BILA DIHADAPKAN KE SHEAR FORCE MAKA SOLID AKAN BERPINDAH PADA SUATU JARAK DEKAT (ELASTIC DEFORMATION)  SETTING UP INTERNAL SHEAR FORCE YANG MENGHAMBAT EXTERNAL FORCE •CONTOH : LOGAM, KAYU, KERTAS, DLL

INTERMEDIATE ? •SUATU ZAT YANG DAPAT MENAHAN SECARA PERMANEN shear force KECIL TETAPI TIDAK DAPAT MENAHAN shear force YANG SANGAT BESAR •CONTOH : JELLY, BUTTER, PASTA GIGI, DLL

LIQUID-INTERMEDIATE-SOLID LIQUID SOLI D INTERMEDIAT E

•EFEK TEKANAN : COMPRESSIBLE & INCOMPRESSIBLE FLUIDS •NEWTON‘S LAW OF VISCOSITY : NEWTONIAN & NON-NEWTONIAN FLUIDS TYPE OF FLUIDS (1)

•COMPRESSIBLE FLUIDS: •SANGAT DIPENGARUHI OLEH PERUBAHAN DALAM TEKANAN •GASES (MOLEKUL2 RELATIF BERJAUHAN DENGAN FORCE ATTRACTION RENDAH •PADA SUHU DAN TEKANAN KRITIS : SIFAT GAS IDENTIK DENGAN SIFAT LIQUID •INCOMPRESSIBLE FLUIDS: •TIDAK DIPENGARUHI OLEH PERUBAHAN DALAM TEKANAN •LIQUIDS •FLUIDA AKAN MENGISI SEMUA RUANG BILA GAS SEMUA RUANG BILA GAS TYPE OF FLUIDS (2) PISTON FLUID

•NEWTONIAN FLUIDS: •FLUIDA YANG MENGIKUTI NEWTONS LAW OF VISCOSITY •GASES & LIQUIDS YANG MEMPUNYAI SIMPLE CHEMICAL FORMULA •CONTOH : AIR, ALKOHOL, DLL DAN LARUTAN ENCER •NON-NEWTONIAN FLUIDS: •FLUIDA YANG TIDAK MENGIKUTI NEWTONS LAW OF VISCOSITY •COMPLEX MIXTURES & DISUSUN MOLEKUL2 PARTIKEL YANG LEBIH BESAR DARI AIR •CONTOH : PASTA GIGI, JELLY, SLURRIES, STARCH SUSPENSION, DLL. TYPE OF FLUIDS (3)

FLUID PROPERTIES ? •PROPERTI FISIK PENTING : DENSITY, VISCOSITY & SURFACE TENSION •TERGANTUNG PADA KERAPATAN MOLEKUL  LIQUID BIASANYA MEMPUNYAI DENSITY, VISCOSITY, DLL LEBIH BESAR DARIPADA GAS

DENSITY ? •DEFINISI : MASS PER UNIT VOLUME,  = m/V •CARA MENGUKUR ? •LIQUID: MENIMBANG BERAT BOTOL (PYCNOMETER) YANG DIKETAHUI VOLUMENYA; DIISI LIQUIDA & DITIMBANG •SOLID : MENIMBANG BERAT & MENENTUKAN VOLUME •SOLID + FLUID : PARTICLE DENSITY (TRUE DENSITY) & BULK DENSITY •SPECIFIC GRAVITY : (DENSITY)/(DENSITY OF WATER AT SPECIFIED T & P) •GRAVITIES : SPECIAL SCALE FOR FLUID DENSITY •API GRAVITY : UNTUK OIL & PETROLEUM PRODUCTS •BRIX GRAVITY : UNTUK SUGAR INDUSTRY •BAUME GRAVITY : UNTUK SULFURIC ACID

VISCOSITY ? •DEFINISI : A MEASURE OF RESISTANCE TO FLOW •ILUSTRASI ? HONEY sulit menyebar WATER mudah menyebar 1

VISCOSITY ? •EKSPERIMEN ? FILM FLUIDA y=0 y=yo V=Vo x y STATIONARY PLATE, V=0 •PAPAN ATAS DITARIK PADA ARAH X DENGAN KEC. KONSTAN Vo •GAYA, F, DIPERLUKAN UNTUK MELAWAN FRIKSI DALAM FILM FLUIDA •BESARNYA F TERGANTUNG KECEPATAN, LUAS PAPAN, PROPERTI FLUIDA, JARAK ANTAR PAPAN •LUAS PAPAN DPT DIABAIKAN DENGAN MENDEFINISIKAN SHEAR STRESS (  F/A) 2

VISCOSITY ? •EKSPERIMEN ? FILM FLUIDA y=0 y=yo V=Vo x y STATIONARY PLATE, V=0 •PADA V o <<<  PROFIL KECEP. FILM FLUIDA adalah LINIER •V = V o y/y o •dV/dy = (V o - V) / (y o - y) = V o /y o = velocity of moving plate / distance between plate  SHEAR RATE, RATE OF STRAIN or RATE OF SHEAR DEFORMATION •PLOT  vs dV/dy 3

VISCOSITY ? •PLOT   vs dV/dy  NEWTONS LAW OF VISCOSITY DILATANT BINGHAM PLASTIC PSEUDOPLASTIC NEWTONIAN SHEAR STRESS,  SHEAR RATE, dV/dy VISCOSITY or COEFICIENT OF VISCOSITY 4

VISCOSITY ? BINGHAM FLUIDS (BINGHAM PLASTIC): dengan shear stress kecil tidak mengalir tetapi dengan shear stress besar akan mengalir dgn mudah atau pada stress rendah viskositas tak terhingga dan pada stress besar viskositas turun dengan naiknya gradien kecepatan. contoh : bread dough, toothpaste, jelly, etc PSEUDOPLASTIC : viskositas turun dengan kenaikan gradien kecepatan viskositas turun dengan kenaikan gradien kecepatan contoh: slurries, muds, polymer solns, blood, natural gums. contoh: slurries, muds, polymer solns, blood, natural gums. DILATANT : viskositas naik dengan kenaikan gradien kecepatan; contoh: starch suspensions 5

TIME DEPENDENT FLUID ? TIME dV/dy  RHEOPETIC  TIME THIXOTROPIC TIME INDEPENDENT

SURFACE TENSION FENOMENA TEGANGAN PERMUKAAN ADALAH SEPERTI KELAKUAN LIQUIDA KETIKA DALAM RUANG YANG SEOLAH- OLAH DIKELILINGI SUATU KULIT YANG CENDERUNG KONTRAKSI  MENGECIL 1 LIQUIDA KONTRAKSI

SURFACE TENSION GAYA TARIK MENARIK ANTAR MOLEKUL LIQUID GA S 2 TEGANGAN PERMUKAAN DISEBABKAN OLEH GAYA TARIK- MENARIK MOLEKUL-MOLEKUL DALAM LIQUIDA SEMUA MOLEKUL SALING MENARIK SATU DENGAN YANG LAIN, YANG DITENGAH DITARIK SECARA SAMA KE SEMUA ARAH, TETAPI YANG DITEPI HANYA DITARIK KE ARAH PUSAT USAHA SETIAP MOLEKUL UNTUK MENCAPAI PUSAT MENYEBABKAN LIQUID MENGAMBIL SUATU BENTUK YANG MEMPUNYAI JUMLAH MOLEKUL TERBESAR PALING DEKAT DENGAN PUSAT  BENTUK BOLA

SURFACE TENSION MEASUREMENT Liquid Film Sliding wire Weigh t Film liquida cenderung kontraksi (membentuk bola) Karena film melekat pada kawat, maka sliding wire akan tertarik kedalam Gaya yang diperlukan untuk menahan gerakan dapat diukur dengan pemberat Surface tension = Length of wire Force of one film

OWARI