Pemahaman dan Menghitung Schmidt Number di Mekanika Fluid

Memahami Schmidt Number Dalam Mekanika Fluida

Mekanika fluida adalah bidang yang rumit dan menarik yang mengeksplorasi perilaku fluida dan interaksinya dengan lingkungan sekitar. Aspek penting dari mekanika fluida adalah memahami dan menghitung Schmidt Number (Sc). Angka dimensi tanpa satuan ini memainkan peran penting dalam mencirikan aliran fluida, terutama dalam konteks transfer massa. Mari kita menyelami pentingnya Schmidt Number, rumus yang digunakan untuk menghitungnya, dan bagaimana setiap parameter berkontribusi pada persamaan keseluruhan.

Apa Itu Schmidt Number?

Schmidt Number (Sc) adalah angka dimensi tanpa satuan yang digunakan dalam mekanika fluida untuk menggambarkan rasio difusivitas momentum (viskositas kinematik) terhadap difusivitas massa. Dinamai setelah insinyur Jerman Ernst Schmidt, yang memberikan kontribusi signifikan dalam studi dinamika fluida dan perpindahan panas.

Schmidt Number diberikan oleh rumus:

di mana:

• ν = viskositas kinematik fluida (diukur dalam m²/s)
• D = difusivitas massa zat dalam fluida (diukur dalam m²/s)

Pentingnya Schmidt Number

Schmidt Number membantu mencirikan ketebalan relatif dari lapisan batas kecepatan terhadap lapisan batas konsentrasi. Nilai Schmidt Number 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.

Penerapan Schmidt Number

Schmidt Number sangat berguna dalam aplikasi berikut:

• Rekayasa lingkungan: Mengevaluasi dispersi polutan di badan air.
• Rekayasa kimia: Difusi reaktan dalam fluida.
• Rekayasa kelautan: Desain kendaraan bawah air yang mempengaruhi dispersi zat.

Input dan Pengukuran

Untuk menghitung Schmidt Number, kita membutuhkan dua input utama: viskositas kinematik (ν) dan difusivitas massa (D).

Viskositas Kinematik (ν)

Viskositas kinematik adalah ukuran resistensi internal fluida terhadap aliran di bawah gaya gravitasi. 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, juga dikenal sebagai koefisien difusi, mengukur laju partikel yang berdifusi dalam fluida. Diukur dalam meter persegi per detik (m²/s). Misalnya, difusivitas massa garam dalam air pada suhu 25°C adalah sekitar 1,6 x 10⁻⁹ m²/s.

Contoh Perhitungan

Bayangkan kita ditugaskan untuk menemukan Schmidt Number untuk skenario difusi polutan dalam air. Viskositas kinematik (ν) air pada suhu 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 Schmidt Number:

Mengganti nilai yang diberikan:

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

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

FAQs

1. Mengapa Schmidt Number tidak berdimensi?

Schmidt Number tidak berdimensi karena merupakan rasio dari dua kuantitas dengan satuan yang sama, yang menghilangkan satuan tersebut, menyisakan angka murni.

2. Berapa rentang Schmidt Number yang dapat diharapkan dalam berbagai fluida?

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

3. Bagaimana suhu mempengaruhi Schmidt Number?

Schmidt Number bergantung pada suhu karena viskositas kinematik dan difusivitas massa keduanya berubah dengan suhu. Secara umum, suhu yang lebih tinggi mengurangi viskositas dan meningkatkan difusivitas, sehingga menurunkan Schmidt Number.

Ringkasan

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

Tags: Mekanik Fluida, Bilangan Tak Berdimensi, Perpindahan Massal