transport phenomena ii- sifat fluida
Post on 17-Dec-2015
104 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
Sifat Fluida
Transports Phenomena
I
Fakultas Teknik Metalurgi
Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
By. AM
-
Momentum
Contoh perpindahan momentum terjadi bila suatu fluida mengalir :
Pengisian logam cair kedalam rongga cetakan pengecoran
Rongga Cetakan
Vektor Aliran Logam Cair
Aliran yang diinginkan dalam hal ini adalah laminar
-
MATERI :
FLUIDA
TYPE ALIRAN FLUIDA
NEWTONIAN DAN NON NEWTONIAN
VISKOSITAS GAS DAN LIQUID
ALIRAN LAMINAR
ALIRAN TURBULEN
-
Skema Aliran Fluida
LAMINAR/STREAMLINE
Gerakan fluida terlihat meluncur/sliding pada permukaan lapisan lapisan.
Aliran bergerak cenderung sejajar dan tenang
Jalur gerakan2 partikel dalam fluida dapat diprediksi.
-
Skema Aliran Fluida
Turbulen
Gerakan partikel dalam
fluida ireguler partikel
bergerak ke segala
arah.
Terdapat fluktuasi
velositas
-
Common Nature of the fluid flow :
- Laminar Flow
- Turbulen Flow
Tergantung pada :
Besaran gaya yang diberikan Velocity of the Fluid
Critical velocity aliran dalam pipa berada pada keadaan
antara laminar dan turbulen
-
TYPE ALIRAN FLUIDA
Tipe Aliran Fluida
Laminar : Karakteristik aliran dinyatakan dalam bilangan reynolds (Re Number)
v= Kec Aliran, cm/dt
=Viskositas kinematik fluida cm2/dt
Nilai Transisional dari laminar ke turbulen adalah 2100
(penggunaan enggineering umum pada aliran dalam pipa)
-
Kriteria untuk transisi aliran (Osborn Reynolds, 1883)
-
Distribusi velosity (kecepatan aliran) laminar dan turbulen pada pipa
Profil aliran
laminar adalah
parabolik
Profil aliran
turbulen lebih
mendatar pada
pusat pipa
Velosity pada
antar muka
fluida &
dinding = 0
-
Newtonian dan Non Newtonian Fluida
-
Consider system
below:
Berdasarkan persamaan gerak Newton
Pada arah X :
Pada saat t = 0, lempeng bagian
atas mendapat gaya sebesar Fy
sehingga lempeng tersebut akan
bergerak dengan kecepatan Vy,
Sedang lempeng bawah tetap.
Sehingga terjadi fluks Momentum :
-
Consider system
below:
Berdasarkan persamaan gerak Newton
Pada arah X :
t sangat kecil, velosity mulai
terbentuk dengan aliran unsteady
Sehingga terjadi fluks Momentum :
-
Consider system
below:
t besar >> Distribusi velositas
akhir dalam aliran steady
Sehingga terjadi fluks Momentum :
Gaya pada sistem
disamping dapat
di tulis :
=
V
Y
Fluks Momentum
-
Gaya yang Bekerja pada bidang geser Ax, al: Gaya geser, yang menghasilkan tegangan geser sebesar
Gaya Normal, dengan tegangan sebesar :
-
Hk. Kekentalan Newton :
-
Fluida yang memenuhi Hukum
kekentalan Newton Tersebut disebut
Newtonian Fluid
Contoh : gas, Aquous liqud, Liquid
metal
Sedangkan fluida yang tidak memenuhi
hukum disebut Non - Newtonian Fluid
Contoh : polimeric solution, pastes,
darah, sampo, cat
-
Dimensi viskositas ()
-
Kinematik Viskositas
Kinematik viskositas (v) merupakan
viskositas dibagi dengan densitas.
Kualitas dasar dari momentum difusifitas,
analogi dengan thermal dan mass
difusivitas
-
Viskositas Gas dan Liquid (newtonian liquid)
-
Viskositas Gas
Asumsi yang digunakan untuk menjelaskan momentum transport
dalam gas :
1. Molekul gas di anggap spheres (bola) dengan diameter (d) dan
massa (m)
2. Molekul tidak menghasilkan gaya kecuali saat saling
bertumbukan
3. Tumbukan sangat elastik dan memenuhi hukum konservasi
momentum dan energi
4. Konsentrasi Molekul terdistribusi seragam (n/unit volum gas)
Sehingga
-
Kecepatan Rata Rata , Jika diasumsikan molekul memenuhi distribusi
kecepatan Maxwellian maka kecepatan rata
molekul dalam gas menjadi :
KB = Konstantan Bolzman
T = temperatur Absolute
-
Mean Free Path () Jarak tempuh 2 molekul yang saling bertumbukan.
Parameter penting yang mengatur mekanisme transfer
momentum dua buah molekul fluida.
Nilai Mean Free Path berkebalikan terhadap coalision cross
section (d2) dan terhadap konsentrasi molekul (n)
d
-
Menentukan viskositas gas (model
bola biliard)
Berdasarkan persamaan momentum serta Hk. Kekentalan
Newton maka,
mempertimbangkan Kecepatan Rata rata gas dan mean free
path maka viskositas gas adalah :
This arguement not satisfactory enough why?
-
Pernyataan tersebut berlaku jika viskositas gas tidak
bergantung pada tekanan hanya tergantung pada T.
Sehingga hanya tepat digunakan pada tekanan up to 10 atm
Untuk memperbaharui Teori Bola Biliard digunakan teori gas
kinetik
Teori Gas Kinetik memberikan model bola biliard
dengan menambahkan medan gaya tarik dan tolak
antar partikel bola
-
Fungsi repulsion dan atraction antar
molekul disebut sebagai Lennard-
Jones Potensial Fungsion
Posisi kesetimbangan
molekul saat potensial
energi = -E
Karakteristik
Parameter Energi
-
Menggunakan Lennard Jones
Potensial,
Chapman & Enskog mengembangkan persamaan viskositas
yang cocok digunakan oleh nonpolar gas pada P rendah:
Viskositas dalam Poise, T = K,
= Coallisian integral dari teori Chapman & Enskog,
fungsi dari KB.T/ (Dimensionless), bervariasi untuk tiap subtance.
Diperlukan List yang memuat hal tersebut:
-
Parameter Gaya Intermolekul dan Critical Properties
-
Nilai -Integral untuk viskositas
berdasarkan
Lennard Jones
Potensial
-
Untuk multicomponen campuran gas
pada densitas rendah
Chapman Enskog Teori diperluas penggunaan nya oleh
Wilke menjadi :
Dengan :
-----Cannot use for Polar or higly elongated molecules-----
-
A.Data beberapa viskositas gas sebagai
fungsi Temperatur
-
Note : Dari gambar A
Viskositas gas naik dengan naiknya
temperatur
Besaran viskositas tidak selalu hanya
bergantung pada berat molekul gas
-
Viskositas Liquid
Diasumsikan bahwa aliran viscous terjadi akibat dorongan
antar partikel maka menurut Einstein mobilitas masing2
partikel merupakan pengaruh gaya luar yaitu Koefisien Difusi
(D)
D= B.KB.T
Difusi memerlukan energi pengaktifan, Sehingga energi
minimum (Go)harus diberikan agar partikel dapat bergerak dari satu posisi ke lainnya (fluida mengalir).
Oleh karena itu fluiditas sebanding dengan kemampuan atom
untuk bergerak, sama dengan difusi keduanya harus diaktivasi
secara thermal
-
Viskositas Liquid
-
Fluiditas = [ Viskositas]-1 maka
Karena D (difusi) exp [-G0/RT] sehingga
Viskositas () menjadi exp [+ G0/RT]
Note : Viskositas liquid akan menurun dengan
naiknya temperatur
Bandingkan dengan Viskositas Gas?
-
Hubungan Temperatur dengan
= exp 0
A= konstanta yang berhubungan dengan struktur dari liquid. Untuk
memprediksi nilai A digunakan Eyrings Theory yaitu :
No = Bilangan Avogadro, h = konstanta Plancks
Note: Not valid for Liquid Metal nor valid for polimers
-
Viskositas Liquid Metal
Logam tidak berbentuk molekular di alam,
Nilai A(Errying Teori) dan Gvis dapat ditentukan
berdasarkan persamaan sebelumnya
= exp 0
d
-
Dari data tersebut, Chapsman
Mengembangkan fungsi hubungan antar
Bentuk molekul dan energi potensial antar
Atom logam menjadi :
-
Nilai /KB secara empirik
Metal dg Tm yang
tinggi
-
Kurva korelasi viskositas logam cair
-
Latihan 1
Pada suatu percobaan, tekanan atmosfir dan T = 23 C
Viskositas Isobutane adalah 7,6 X 10-6 pascal-sec. Bandingkan
viskositas tersebut dengan viskositas teoritis yang dihitung
menggunakan, pendekatan Chapman-Enskog.
Hitung nilai viskositas untuk liquid water pada T = 60 C,
berdasarkan Persamaan Eyring. Uvap = 3,759 x 107 J/kg mol.
Estimate the viscosity of liquid titanium at 1850 C. The
following data avalaible : Tm ; 1800 C, M = 47.9 g/mol.
Sp.gr.= 4.50 g/cm3 and = 2.87 A
-
Tugas 1
Jelaskan bagaimana perilaku viskositas
logam cair dan slag cair
top related