kinematika zat cair

KLASIFIKASI ZAT CAIR

1.     Aliran Invisid dan Viskos

2.     AliranKompresibel dan Tak Kompresibel

3.     Aliran Laminer dan Turbulen

4.     Aliran Mantap dan Tak Mantap

5.     Aliran Seragam dan Tak Seragam

1.   ALIRAN INVISID DAN VISKOS

ALIRAN INVISID

Aliran invisid adalah aliran dimana kekentalan zat cair, µ, dianggap nol(zat cair ideal). Sebenarnya zat cair dengan kekentalan nol tidak ada di alam, tetapi dengan anggapan tersebut akan sangat menyederhanakan permasalahan yang sangatkompleks dalam hidraulika. Karena zat cair tidak mempunyai kekentalan maka tidak terjadi tegangan geser antara partikel zat cair dan antara zat cair dan bidang batas.Pada kondisi tertentu, anggapan µ=0 dapat diterima untuk zat cair dengan kekentalan kecil seperti air. Aliran Invisid suatu fluida diasumsikan mempunyai viskositas nol. Jika viskositas nol maka kondiuktivitas thermal fluida tersebut juga nol dan tidak akan terjadi perpindahan kalor kecuali dengan cara radiasi. Dalam prakteknya, fluida inviscid tidak ada, karena pada setiap fluida timbul tegangan geser apabila padanya dikenakan juga suatu laju perpindahan regangan.

ALIRAN VISKOS

Aliran viskos adalah aliran di mana kekentalan diperhitungkan (zat cair riil). Keadaan ini menyebabkan timbulnya tegangan geser antara patikel zat cair yang bergerak dengan kecepatan berbeda. Apabila zat cair riil mengalir melalui bidang batas yang diam, zat cair yang berhubungan langsung dengan bidang batas tersebutakan mempunyai kecepatan nol (diam). Kecepatan zat cair akan bertambah sesuaidengan jarak dari bidang tersebut. Apabila medan aliran sangat dalam/lebar, di luar suatu jarak tertentu dari bidang batas, aliran tidak lagi dipengaruhi oleh hambatan bidang batas. Pada daerah tersebut kecepatan aliran hampir seragam. Bagian aliranyang berada dekat dengan bidang batas, di mana terjadi perubahan kecepatan yang besar dikenal dengan lapis batas (boundary layer ). Di daerah lapis batas ini tegangangeser terbentuk di antara lapis-lapis zat cair yang bergerak denga kecepatan berbedakarena adanya kekentalan zat cair dan turbulensi yang menyebabkan partikel zat cair  bergerak dari lapis yang satu ke lapis lainnya. Di luar lapis batas tersebut pengaruhtegangan geser yang terjadi karena adanya bidang batas dapat diabaikan dan zat cair dapat dianggap sebagai zat cair ideal.

Contoh gambar invisid dan viskos

                  Sumber : http://www.google.co.id/aliran_invisid_dan_viskos

2.   ALIRAN KOMPRESIBEL DAN TAK KOMPRESIBEL

Aliran Kompresible

Aliran kompresibel adalah aliran yang rapat massanya berubah dengan perubahan tekanannya.

Aliran Tak Kompresible

Aliran tak kompresibel adalah aliran yang rapat massanya tidak berubah dengan perubahan tekanannya dan rapat massa dianggap konstan.

·        Semua fluida (termasuk zat cair) adalah kompresibel sehingga rapat massanya berubah dengan perubahan tekanan. Pada aliran mantap dengan perbuhan rapat massa kecil, sering dilakukan penyederhanaan dengan menganggap bahwa zat cair adalah tak kompresibel dan rapat massa adalah konstan. Oleh karena zat cair mempunyai kemampatan yang sangat kecil, maka dalam analisis mantap sering dilakukan anggapan zat cair tak kompresibel. Tetapi pada aliran tak mantap sering dilakukan melalui pipa di mana bisa terjadi perubahan tekanan yang sangat besar, maka kompresibilitas zat cair harus diperhitungkan.

·        Bila kerapatan massa fluida berubah terhadap perubahan tekanan fluida maka dikatakan aliran bersifat kompresibel. Sedang bila praktis tak berubah terhadap perubahan tekanan yang ada dalam sistem, maka aliran itu dikatakan bersifat tak kompresibel. Zat cair umumnya dapat dianggap mengalir secara tak kompresibel sedang gas secara umum dipandang mengalir secara kompresibel.Walaupu kasus-kasus tertentu mungkin aliran gas dapat pula dipandang sebagai tak kompresibel, yaitu bila perubahan kerapatan massa dalam sistem yang ditinjau praktis dapat diabaikan.

Contoh gambar aliran kompresibel dan tak kompresibel

                                                                                      

                  Sumber : http://www.google.co.id/aliran_kompresibel_dan_tak_kompresibel

3.   ALIRAN LAMINER DAN TURBULEN

Aliran Laminer

Aliran Laminer adalah partikel pertikel zat cair bergerak teratur dengan membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan. Apabila zat membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan. Apabila zat warna diinjeksikan pada suatu titik dalam aliran, maka zat warna tesebut akan mengalir menurut garis aliran yang teratur seperti benang tanpa terjadi difusi atau penyebaran. Pada aliran di saluran/pipa yang mempunyai bidang batas sejajar, garis-garis lintasan akan sejajar. Sedang di dalam saluran yang mempunyai sisi tidak sejajar,  garis aliran akan menguncup atau mengembang sesuai dengan bentuk saluran. Kecepatan partikel zat cair pada masing-masing garis lintasan tidak sama tetapi bertambah dengan jarak dari dinding saluran. Aliran laminar dapat terjadi apabila kecepatan aliran rendah, ukuran saluran sangat kecil dan zat cair mempunyai kekentalan besar.

Aliran Turbulen

Aliran Turbulen adalah aliran fluida yang tidak membentuk suatu garis lurus. Aliran ini terbentuk ketika menemui hambatan. Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran. Pada aliran turbulen , partikel-partikel zat cair bergerak tidak teratur dan garis lintasannya saling berpotongan. Aliran turbulen terjadi apabila kecepatan aliran besar, saluran besar dan zat cair mempunyai kekentalan kecil. Aliran di sungai, saluran irigasi/drainasi, dan di laut adalah contor dari aliran turbulen.

Dalam bidang keteknikan definisi dari kedua jenis aliran fluida tersebut dapat dilihat pada jet dua dimensi, kincir angin, aliran dalam pipa, dan aliran dalam dua plat sejajar atau aliran tiga dimensi yang lain mempunyai perubahan bilangan Reynolds yang tidak stabil. Aliran yang laminar memiliki bilangan Reynolds yang kecil dan relatif stabil, tetapi pada aliran turbulen bilangan Reynoldnya besar dan relatif berubah pada setiap titiknya. Untuk menjelaskan fenomena aliran turbulen kita dapat melakukan simulasi sehingga dapat dljelaskan karakterisrik aliran turbulen tersebut.

Untuk membedakan aliran apakah turbulen atau laminer, terdapat suatu angka tidak bersatuan yang disebut Angka Reynold (Reynolds Number). Angka ini dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

 

Dimana:
Re : Angka Reynold
ρ : kerapatan fluida

V : Kecepatan

l : panjang karakteristik

μ : viskositas
Menurut hasil percobaan oleh Reynold, apabila angka Reynold kurang daripada 2000, aliran biasanya merupakan aliran laminer. Apabila angka Reynold lebih besar daripada 4000, aliran biasanya adalah turbulen. Sedang antara 2000 dan 4000 aliran dapat laminer atau turbulen tergantung pada faktor-faktor lain yang mempengaruhi.

Aliran viskos dapat dibedakan dalam aliran laminer dan turbulen. Aliran

laminer terjadi apabila partikel-partikel zat cair bergerak teratur dengan membentuk

garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan. Aliran laminer terjadi apabila

kecepatan aliran rendah, ukuran saluran sangat kecil dan zat cair mempunyai

kekentalan besar.

Pada aliran turbulen , partikel-partikel zat cair bergerak tidak teratur dan

garis lintasannya saling berpotongan. Aliran turbulen terjadi apabila kecepatan aliran

besar, saluran besar dan zat cair mempunyai kekentalan kecil. Aliran di sungai,

saluran irigasi/drainasi dan di laut adalah contor dari aliran turbulen.

Contoh gambar aliran laminer dan turbulen

        Gambar a.    Aliran Laminer                         Gambar b.    Aliran turbulen

                  Sumber : http://www.google.co.id/aliran_laminer_dan_turbulen

4.   ALIRAN MANTAP DAN TAK MANTAP

Aliran Mantap

Aliran mantap (steady flow) terjadi jika variabel aliran di sebarang titik pada zat cair tidak berubah dengan waktu.

Yang termasuk variabel aliran misalnya : kecepatan aliran V, tekanan p, rapat massa ρ, tampang aliran A, debit Q, dsb)

Aliran Tak Mantap

Aliran tak mantap (unsteady flow) terjadi jika variabel aliran pada setiap titik berubah dengan waktu. Contoh aliran tak mantap adalah perubahan debit di dalam pipa atausaluran, aliran banjir di sungai, aliran di estuari (muara sungai) yang dipengaruhi pasang surut. Analisis dari aliran ini adalah sangat kompleks, biasanya penyelesainnya dilakukan secara numerik dengan menggunakan komputer.

Contoh gambar aliran mantap dan tak mantap

   

Gambar Aliran Mantap

Gambar Aliran Tak Mantap

                 

                  Sumber : http://www.google.co.id/aliran_mantap_dan_tak_mantap

5.   ALIRAN SERAGAM DAN TAK SERAGAM

Aliran Seragam

Aliran disebut seragam (uniform flow) apabila tidak ada perubahan besar dan arah dari kecepatan dari satu titik ke titik yang lain di sepanjang aliran. Demikian juga dengan variabel-variabel lainnya seperti tekanan, rapat massa, kedalaman, debit, dsb. Aliran di saluran panjang dengan debit dan penampang tetap adalah contoh dari aliran seragam. Aliran  seragam  merupakan aliran yang  tidak berubah berubah menurut menurut tempat tempat.  Konsep Konsep aliran seragam dan aliran kritis sangat diperlukan dalam peninjauan aliran berubah dengan cepat atau berubah lambat  laun. Perhitungan kedalaman kritis dan kedalaman normal sangat  penting  untuk  menentukan perubahan  permukaan  aliran akibat gangguan  pada aliran.

Aliran Tak Seragam

Aliran tak seragam (non uniform flow) terjadi jika semua variabel aliran berubah dengan jarak. Contoh dari aliran tak seragam adalah aliran di sungai atau di saluran di daerah dekat terjunan atau bendung.

Contoh gambar aliran seragam dan tak seragam

Sumber : http://www.google.co.id/aliran_seragam_dan_tak_seragam