5 Bab II Tinjauan Pustaka II.1. Dinamika Fluida Dalam bagian sub bab ini akan dijelaskan beberapa teori yang akan digunakan dalam pengkodingan fluida, yang meliputi definisi fluida, aliran fluida, sifat-sifat fluida dan persamaan umum Navier-Stokes dan Kontinuitas. Definisi fluida, aliran fluida, dan sifat-sifat fluida akan membantu untuk memahami parameter dalam persamaan Navier-Stokes dan kontinuitas dalam menyelesaikan permasalahan dinamika fluida. Sedangkan persamaan Navier-Stokes akan digunakan sebagai persamaan umum dalam menyelesaikan persamaan fluida dalam simulasi pada tesis ini. II.1.1 Definisi Fluida Fluida secara umum adalah kumpulan molekul yang tersusun secara acak dan disatukan oleh gaya kohesif yang lemah dan oleh gaya yang diberikan dari luar maupun dari dinding wadah. Jika gaya diterapkan dari luar, fluida akan berubah bentuk terus-menerus karena tegangan geser (Halliday, Resnick dan Walker,2010). Perubahan secara terus-menerus tersebut dipengaruhi oleh besar atau kecilnya gaya yang diberikan dari luar. Berdasarkan tegangan geser yang diterapkan, fluida dibedakan menjadi dua jenis, yaitu fluida Newtonian dan fluida Non-Newtonian. Fluida Newtonian dicirikan oleh hubungan linier antara tegangan geser dan laju deformasi fluida yang dihasilkan seperti fluida air, minyak goreng, dan gliserin yang akan digunakan dalam penelitian ini. Sementara itu, fluida Non-Newtonian dicirikan oleh hubungan nonlinier antara tegangan geser dan laju deformasi fluida yang dihasilkan, seperti fluida darah dan lumpur. (Streeter dan Wylie,1985). 6 Gambar 2.1 Diagram rheologi. Fluida Newtonian fluida yang digunakan pada simulasi penelitian ini berupa air, minyak goreng, dan gliserin. Fluida ini akan disimulasikan dengan suhu normal yaitu pada suhu normal yaitu tw â C. sehingga densitas air yaitu 998 GCI 7 , densitas minyak goreng berkisar 930 GCI 7 , dan gliserin yaitu 1259 GCI 7 �(Poul V.Lade,2016). Perbedaan densitas ini akan menentukan perilaku fluida yang berbeda disetiap fluidanya. II.1.2 Aliran Fluida Saat membahas aliran fluida yang mengalir, hal ini sangat bergantung pada kecepatan aliran fluida di setiap titik. Berikut ciri-ciri aliran fluida (Halliday, Resnick dan Walker,2010): 1. Aliran fluida bisa stabil atau tidak stabil. Aliran stabil terjadi jika kecepatan aliran fluida pada suatu titik tertentu konstan terhadap waktu, kondisi ini biasanya terjadi pada aliran air yang tenang atau pada kecepatan rendah. Sedangkan aliran tidak stabil terjadi jika kecepatan aliran fluida pada suatu titik tertentu berubah seiring waktu. 2. Aliran fluida dapat berbentuk lingkaran (rotational) atau tidak melingkar (irrotational). Aliran tidak melingkar terjadi karena kecepatan sudutnya nol di laju perubahan bentuk @R& @P Tegangan geser � Newtonian Fluid Non Newtonian fluid 7 setiap titik, sedangkan aliran melingkar terjadi karena kecepatan sudutnya tidak nol di setiap titik. 3. Aliran fluida dapat dimampatkan dan tidak dapat dimampatkan. Aliran yang dapat dimampatkan terjadi ketika tekanan dapat berubah tergantung pada kondisi, sedangkan aliran yang tidak dapat dimampatkan terjadi ketika tekanan tetap konstan dalam semua kondisi. 4. Aliran fluida dapat diklasifikasikan sebagai kental dan tidak kental. Efek viskositas terjadi karena adanya gaya tangensial yang terjadi pada setiap lapisan fluida. II.1.3 Sifat-Sifat Fluida Semua fluida memiliki sifat-sifat khusus yang melekat pada fluida tersebut bergantung kepada rapat massa (density), volume jenis, berat jenis, kekentalan (viscosity), kemampatan (compressibility), tegangan permukaan (surface tension), dan kapilaritas (capillarity). Berdasarkan hal tersebut maka pada penelitian ini beberapa fenomena atau parameter fisis yang akan dianalisis antara lain kecepatan, percepatan, posisi partikel, viskositas, dan tekanan. Untuk memahami lebih lanjut, maka pada bagian ini akan dijelaskan sifat- sifat fluida yang telah disebutkan di atas. 1. Massa Jenis (density) Massa jenis merupakan salah satu sifat penting dari suatu bahan atau zat yang dapat didefinisikan sebagai massa per satuan volume. Kepadatan ini biasanya digunakan untuk menentukan karakteristik sistem fluida. Cairan yang setara atau homogen memiliki kerapatan yang sama di setiap bagian. Jika suatu zat bermassa m memiliki volume V, massa jenisnya dapat ditulis (Halliday, Resnick dan Walker, 2010): �L à Ï (2.1) GAPAN=JC=J ÷ 8 é L I=OO=FAJEO:GCI 7 ) ILI=OO=:GC; 8LRKHQIA:I 7 ; 2. Berat Jenis Seperti halnya densitas, berat jenis digunakan untuk menentukan sifat berat sistem fluida. Gravitasi secara spesifik sering ditunjukkan dengan huruf Yunani γ (gamma) atau didefinisikan sebagai berat fluida per satuan volume. Gravitasi spesifik dapat ditulis secara matematis (Halliday, Resnick, dan Walker,2010): �L Ð Ï L à Ï �CL��C (2.2) Keterangan : ÛL>AN=PFAJEO:0I 7 ) é L I=OO=FAJEO:GCI 7 ) C L GQ=PIA@=JCN=REP=OE:IO 6 ) 9L>AN=PBHQE@=:GCäIO 6 ) Berat jenis pada visualisasi fluida ini akan dimasukkan kedalam kategori gaya luar yang akan dimasukkan kedalam persamaan Navier-Stokes. 3. Tegangan Permukaan Jika cairan bersentuhan dengan udara atau zat lain, gaya tarik menarik antar molekul tidak lagi seimbang dan menyebabkan molekul pada permukaan cairan bekerja membentuk permukaan cairan untuk menyeimbangkan gaya yang masuk ke dalam cairan. Usaha yang dilakukan oleh molekul-molekul ini disebut tegangan permukaan (Giancolli,2019). Jika dituliskan secara matematis besarnya tegangan permukaan adalah sebagai berikut (Giancolli,2019) : êL(. (2.3) Keterangan : �L tegangan permukaan (N/m) (L gaya oleh permukaan (N) 9 .L panjang garis kontak antara permukaan fluida dengan zat (m) 4. Kekentalan (viscosity) Viskositas fluida adalah ukuran ketahanan fluida untuk berubah bentuk dibawah tegangan geser. Ini merupakan salah satu sifat fisis yang sangat penting dalam simulasi fluida ini. Viskositas fluida bervariasi terhadap suhu, tekanan, dan laju fluida (Giancolli, 2019). Pada kasus tesis ini maka dapat ditinjau viskositas menjadi dua bagian yaitu viskositas dinamis dan viskositas kinematis berdasarkan analisanya.