Pemahaman dan Menghitung Schmidt Number di Mekanika Fluid

Memahami Angka Schmidt dalam Mekanika Fluida

Mekanik fluida adalah bidang yang rumit dan menarik yang mengeksplorasi perilaku fluida dan interaksinya dengan lingkungannya. Aspek penting dari mekanik fluida adalah pemahaman dan perhitungan Bilangan Schmidt (Sc). Bilangan tak berdimensi ini memainkan peran vital dalam menggambarkan aliran fluida, terutama dalam konteks transfer massa. Mari kita selami pentingnya Bilangan Schmidt, rumus yang digunakan untuk menghitungnya, dan bagaimana setiap parameter berkontribusi pada persamaan secara keseluruhan.

Apa itu Bilangan Schmidt?

Angka Schmidt (Sc) adalah angka tak berdimensi yang digunakan dalam mekanika fluida untuk menggambarkan rasio difusivitas momentum (viskositas kinematik) terhadap difusivitas massa. Angka ini dinamai menurut insinyur Jerman Ernst Schmidt, yang memberikan kontribusi signifikan dalam studi dinamika fluida dan perpindahan panas.

Bilangan Schmidt diberikan oleh rumus:

di mana:

• ν = viscositas kinematik dari fluida (diukur dalam m²/detik)
• D = difusi massa zat dalam fluida (diukur dalam m²/detik)

Signifikansi dari Angka Schmidt

Bilangan Schmidt membantu menggambarkan ketebalan relatif lapisan batas kecepatan terhadap lapisan batas konsentrasi. Bilangan Schmidt yang lebih tinggi menunjukkan bahwa difusivitas momentum lebih tinggi daripada difusivitas massa, yang berarti bahwa zat akan menyebar lebih lambat dibandingkan dengan distribusi momentum dalam fluida.

Aplikasi dari Angka Schmidt

Bilangan Schmidt sangat berguna dalam aplikasi berikut:

• Rekayasa lingkungan: Evaluasi penyebaran polutan di badan air.
• Rekayasa kimia Difusi reaktan dalam fluida.
• Rekayasa kelautan: Desain kendaraan bawah air memengaruhi dispersi zat.

Input dan Pengukuran

Untuk menghitung Angka Schmidt, kita memerlukan dua masukan utama: viskositas kinematik (ν) dan difusivitas massa (D).

Viskositas Kinematik (ν)

Viskositas kinematik adalah ukuran dari resistensi internal suatu fluida terhadap aliran di bawah gaya gravitasi. Ini diukur dalam meter persegi per detik (m²/s). Misalnya, air pada suhu 20°C memiliki viskositas kinematik sekitar 1 x 10⁻⁶ m²/s.

Difusivitas Massa (D)

Difusivitas massa, yang juga dikenal sebagai koefisien difusi, mengukur laju di mana partikel berdifusi dalam fluida. Ini diukur dalam meter persegi per detik (m²/s). Sebagai contoh, difusivitas massa garam dalam air pada 25°C kira kira 1,6 x 10⁻⁹ m²/s.

Contoh Perhitungan

Bayangkan kita ditugaskan untuk mencari Angka Schmidt untuk skenario difusi polutan di dalam air. Viskositas kinematik (ν) air pada 25°C adalah 0,89 x 10⁻⁶ m²/s, dan difusivitas massa (D) polutan adalah 2,5 x 10⁻⁹ m²/s. Menggunakan rumus Angka Schmidt:

Mengganti nilai yang diberikan:

Sc = (0,89 x 10⁻⁶) / (2,5 x 10⁻⁹) = 356

Jadi, Angka Schmidt dalam kasus ini adalah 356, menunjukkan bahwa polutan menyebar jauh lebih lambat dibandingkan dengan momentum dalam air.

FAQ

1. Mengapa Bilangan Schmidt tidak memiliki satuan?

Angka Schmidt adalah tak berdimensi karena merupakan rasio dari dua kuantitas dengan satuan yang sama, yang membatalkan satuan tersebut, meninggalkan angka murni.

2. Rentang Bilangan Schmidt apa yang dapat diharapkan dalam berbagai fluida?

Bilangan Schmidt dapat bervariasi secara luas tergantung pada fluida dan zat yang didifusikan. Untuk gas, biasanya kurang dari 1, sedangkan untuk cairan, dapat berkisar dari 1 hingga beberapa ribu.

3. Bagaimana suhu mempengaruhi Bilangan Schmidt?

Angka Schmidt tergantung pada suhu karena baik viscositas kinematik maupun difusivitas massa bervariasi dengan suhu. Umumnya, suhu yang lebih tinggi mengurangi viskositas dan meningkatkan difusivitas, sehingga menurunkan Angka Schmidt.

Ringkasan

Angka Schmidt (Sc) adalah angka tanpa dimensi yang krusial dalam mekanika fluida yang memberikan wawasan tentang bagaimana suatu zat akan menyebar dalam fluida relatif terhadap distribusi momentum. Dengan memahami dan menghitung Angka Schmidt, insinyur dan ilmuwan dapat merancang sistem yang efisien dan memprediksi perilaku fluida dengan lebih akurat dalam berbagai aplikasi mulai dari teknik lingkungan hingga pengolahan kimia.

Tags: Mekanik Fluida