HIDROLIKA

SIFAT-SIFAT ZAT CAIR

2.1.   Pendahuluan

Fluida adalah zat yang bisa mengalir, mempunyai pertikel yang mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa pemisahan massa. Tahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil. Fluida dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu zat cair dan gas.

Zat cair dan gas mempunyai sifat-sifat serupa :

1.         Tidak melawan perubahan bentuk.

2.         Tidak mengadakan reaksi terhadap gaya geser.

           Perbedaan utama antara zat cair dan gas yaitu :

1.         Zat cair mempunyai permukaan bebas, dan massa zat cair akan mengisi volume yang diperlukan dalam suatu ruangan; sedangkan gas tidak mempunyai permukaan bebas dan massanya akan mengisi seluruh ruangan.

2.         Zat cair merupakan zat yang tak termampatkan, sedang gas adalah zat yang bisa dimampatkan.

Zat cair mempunyai beberapa sifat yaitu :

1.         Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair, akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer.

2.         Mempunyai rapat massa dan berat jenis.

3.         Tidak termampatkan (incompressible)

4.         Mempunyai viskositas (kekentalan).

5.         Mempunyai kohesi, adhesi dan tegangan permukaan.

Di antara sifat-sifat tersebut, yang terpenting adalah rapat massa, berat jenis dan viskositas.

2.2.   Rapat Massa, Berat Jenis dan Rapat Relatif

Rapat massa,ρ (rho), didefinisikan sebagai massa zat cair tiap satuan volume pada temperature dan tekanan tertentu.

ρ = M/V                                                                               

            dengan M adalah massa yang menempati volume V (kg/m³).

Berat jenis yang diberi notasi γ (gamma), adalah berat benda tiap satuan volume pada temperature dan tekanan tertentu. Terdapat hubungan antara berat jenis dan rapat massa dalam bentuk berikut :

γ = ρ g                                                                                              

            dengan :

       γ        :berat jenis (N/m³ untuk satuan SI atau kgf/m³ untuk satuan MKS)

ρ        :rapat massa (kg/m³ satuan SI atau kgm/m³ untuk satuan MKS)

g        :percepatan gravitasi (m/d²)

Rapat relative adalah perbandingan antara rapat massa suatu zat dan rapat massa air.

N = ρ zat cair =  γ  zat cair 

           ρ air           γ air

        

2.3.   Kemampuan Zat Cair

Kemampuan zat cair didefinisikan sebagai pengecilan volume karena adanya penambahan tekanan, yang ditunjukkan oleh perbandingan antara perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal.

     K = -    dp    

              dV/V

Nilai K untuk zat cair adalah sangat besar sehingga perubahan volume karena perubahan tekanan adalah sangat kecil.

2.4.   Kekentalan Zat Cair

Kekentalan adalah sifat dari zat cair untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak mengalir.Kekentalan disebabkan karena kohesi antara pertikel zat cair. Zat cair kental, seperti sirop atau oli, mempunyai kekentalan besar, sedang zat cair encer, seperti air mempunyai kekentalan kecil.

Tegangan geser antara dua lapis zat cair adalah sebanding dengan gradient kecepatan dalam arah tegak lurus dengan gerak (du/dy).

τ =  μ   du 

             dy

Dalam beberapa masalah mengenai gerak zat cair, kekentalan absolut dihubungkan dengan rapat massa dalam bentuk :

v  =   μ  

       ρ                                                                 

dengan v (nu) adalah kekentalan kinematic (m2/d).

Gambar 2.2. Hubungan antara tegangan geser dan gradient kecepatan

2.5.   Tegangan Permukaan

Molekul-molekul zat cair saling tarik menarik di antara sesamanya dengan gaya berbanding lurus dengan massa dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat massa.

       Kerja yang dilakukan untuk melawan gaya tarik ke bawah tersebut dikenal dengan tegangan permukaan. Tegangan permukaan σ = (sigma) bekerja pada bidang permukaan yang sama besar di semua titik.

2.6.   Kapilaritas

Kapilaritas disebabkan oleh gaya kohesi dan adesi. Di dalam suatu tabung yang dimasukkan ke dalam zat cair, jika kohesi lebih kecil dari adesi maka zat cair akan naik; jika kohesi lebih besar dari adesi maka zat cair akan turun.

Kapilaritas

Kenaikan kapiler (atau penurunan) di dalam suatu tabung dapat dihitung dengan menyamakan gaya angkat yang dibentuk oleh tegangan permukaan dengan gaya berat

Pσ cos θ = A h γ

2 π r σ cos θ = π r² h γ

h =   2 σ cos θ 

             γ r

            dengan :

P        : keliling tabung

A       : luas tampang tabung

σ        : tegangan permukaan

γ        : berat jenis zat cair

r         : jari-jari tabung

h        : kenaikan kapiler

Apabila tabung bersih,  = 0⁰ untuk air 140⁰ untuk air raksa

Gaya-gaya pada kapilaritas

2.7.   Tekanan Uap

Zat cair yang terbuka pada gas akan mengalami penguapan. Laju penguapan tergantung pada perbedaan energy molekul antara zat cair dan gas yang ada di atasnya.

Pada awalnya, tekanan udara di atas zat cair di dalam tangki tertutup adalah tekanan atmosfer.Apabila tekanan udara dikurangi, yaitu dengan mengeluarkannya, maka pada tekanan tertentu zat cair mulai mendidih dan menguap.

Penguapan akan terjadi sampai tekanan di atas zat cair di bawah tekanan uap jenuh zat cair tersebut pada temperature yang diberikan.