Bahan Ajar Satuan Operasi Indstri - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 1

ALIRAN FLUIDA Dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal tiga jenis materi: padat,cair dan

gas. Meskipun zat cair dan gas berbeda dalam banyak hal, tapi keduanyamempunyai karakteristik umum yang membedakannya dengan zat padat, yaitu: zat cair dan gas adalah fluida, yang resistensinya rendah dan akanberubah bentuk jika dikenai gaya dibandingkan dengan zar padat.

Fluida merupakan substansi yang mengalami deformasi secara kontinyu jikadikenai gaya atau tegangan geser sekecil apapun. Sebaliknya, fluida beradapada kondisi diam jika tidak terdapat gaya atau tegangan geser yang mengenainya dan, karenanya seluruh gaya yang mengenai fluida tersebutharus tegak lurus terhadap bidang datar dimana gaya tersebut beraksi

Fluid Statics:Mempelajari fluida dalam keadaan statis/diam dan berada pada keadaan

setimbang tanpa tegangan geser/shear stress

Fluid Mechanics:Mempelajari pergerakan atau fluida yang bergerak dengan mengaplikasikan

ilmu mekanika khususnya statika dan dinamika zat cair dan gas.

Stress = Force/Area Units: N/m2 = Pa

Direct or Normal Stress: Force is perpendicular to area(Usually represented by )

= F/A Pa

Shear Stress: Force is parallel to area (Usually represented by )

= F/A Pa

Bahan Ajar Satuan Operasi Indstri - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 2

VISCOSITY

F/A = = dV/dy NEWTONS LAW

= DYNAMIC VISCOSITY Satuan: Poise ; Pa.det ; N.det/m21 Poise = 100 centipoise = 10-3 Pa.det.

= 100 g/m.det = 0.1 N.det/m2

KINEMATIC VISCOSITYk = / r Satuan: m2/det

NEWTONIAN AND NON-NEWTONIAN FLUIDS

NEWTONIAN FLUIDS:Fluida yang mematuhi Hukum Viskositas Newton disebut fluidaNewtonian

= (- dV )dy

= tegangan geser/shear stress = viskositas fluida

dV/dy = Laju geser, laju regangan/strain atau gradien kecepatan

Seluruh gas dan kebanyakan zat cair yang mempunyai rumus molekulyang lebih sederhana dan berat molekul yang rendah seperti: air, benzena, ethyl alcohol, hexane dan sebagian besar larutan denganmolekul sederhana merupakan fluida Newtonian.

Bahan Ajar Satuan Operasi Indstri - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 3

NON-NEWTONIAN FLUIDS

Fluida yang menyimpang dari Hukum Viskositas Newton disebut fluida Non-Newtonian.

Persamaan Power Law Model:

= K (Y)n

Persamaan Herschel-Bulkley:

= o + K (Y)n

o = Yield StressK = Consistency Indexn = Flow behaviour index

Fluida tersebut umumnya merupakan campuran kompleks, seperti: slurries, pasta, gels, larutan polymer, dsb.

Bahan Ajar Satuan Operasi Indstri - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 4

JENIS FLUIDA NON-NEWTONIAN

Time-Independent behaviors:

Bingham atau Plastic:Resisten terhadap tegangan geser yang kecil namun akan mengalir denganmudah bila diberikan tegangan geser awal (o ) yang lebih besar, contoh: Odol, Jeli, beberapa jenis slurries.

Pseudoplastic:Kebanyakan fluida non-Newtonian masuk ke dalam katagori ini. Viskositasnyamenurun dengan meningkatnya velocity gradient, contoh: larutan polymer, darah. Pseudoplastic fluids disebut juga sebagai Shear thinning fluids, dimanapada tegangan geser (dV/dy) yang rendah fluida ini lebih kental dibandingkanfluida Newtonian, dan pada tegangan geser yang tinggi akan berkurangviskositasnya.

Bahan Ajar Satuan Operasi Indstri - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 5

Dilatant:Viskositas fluida meningkat dengan meningkatnya velocity gradient. Fluidaini tidak umum ditemukan dalam industri pertanian , namun suspensi patimemiliki karakteristik seperti ini. Fluida ini juga disebut sebagai shear thickening fluids.

Bingham pseudoplastic / Hersley-Buckley / Casson Type:Kombinasi antara fluida bingham dengan pseudoplastic dimanamemerlukan tegangan geser awal untuk mulai bergerak, dan setelahbergerak akan menurun viskositasnya sejalan dengan meningkatnyavelocity gradient.

Time-Independent behaviors (Lanjutan):

Viskositas fluida ini tergantung pada suhu, laju geser dan waktu.

Tergantung dari bagaimana viskositasnya berubah karenawaktu sejalan dengan diaplikasikannya tegangan geser, fluidaini mempunyai karakteristik, sbb.:

thixotropic (time thinning, yaitu viskositasnya menurunterhadap waktu)

rheopectic (time thickening, yaitu viskositasnyameningkat terhadap waktu)

Visco-elastic fluids Beberapa jenis fluida mempunyai sifatelastis, yaitu akan kembali ke bentuk semula bila tegangangeser dihentikan.

Bahan Ajar Satuan Operasi Indstri - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 6

FLUIDA NON-NEWTONIAN, TIME DEPENDENT

Fluida thixotropic sangat umum terdapat dalam industri pangandan kimia, sedangkan fluida rheopectic sangat jarang.

CATATAN: beberapa fluida menunjukkan tingkah laku timethinning karena struktur fluida tersebut pecah, danfenomena ini disebut dengan rheomalaxis.

Bahan Ajar Satuan Operasi Indstri - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 7

Contoh fluida shear thinning:catshampoo slurries konsentrat juice buah-buahankecap

Contoh fluida shear thickening:pasir basahkonsentrat suspensi pati

Contoh fluida plastic: pasta tomato odolhand cream kecap kental manis

Contoh fluida thixotropic:yoghurt, cat gelatincreamshortening salad dressing etc.

Contoh fluida rheopectic: pasta highly concentrated starch solution

Contoh fluida Visco-elastic:Putih Telur

Bahan Ajar Satuan Operasi Indstri - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 8

VISCOSITY

1040Glass10Liquid Honey1Glycerol

10-1Olive oil10-3Water10-5Air

DYNAMIC VISCOSITYm

(Pa.s)MATERIAL