Kompresibilitas

Kemampumampatan fluida adalah salah satu sifat fluida, yaitu seberapa mudah volume dari suatu massa fluida dapat diubah apabila terjadi perubahan tekanan, artinya seberapa mampu-mampatkah fluida tersebut. Sebuah sifat yang biasa dipakai untuk mengetahui kemampu-mampatan fluida adalah modulus borongan atau Bulk modulus, dengan simbol Ev. Rumusan Modulus Bulk yaitu :
Ev=(dp/(dρ/ρ))_(T konstan)
Persamaan ini juga setara dengan rumus :
Ev=-(dp/((d∀)/∀))_(T konstan)
Perbedaan kedua persamaan diatas adalah terletak pada tanda koefisien. Koefisien persamaan Modulus Bulk yang menggunakan data perubahan densitas bernilai positif karena semakin besar gaya tekan yang didapat maka fluida akan semakin padat atau densitasnya naik. Sedangkan Koefisien persamaan Modulus Bulk yang menggunakan data perubahan volume bernilai negatif karena semakin besar gaya tekan yang di dapat fluida akan mengalami pengurangan volume.
Dari hasil nilai modulus yang kita dapat, maka dapat kita analisis bahwa semakin besar nilai Modulus Bulk, maka hal ini menunjukan bahwa fluida tersebut relatif tidak mampu mampat atau cenderung inkompresibel. Tidak mampu mampat artinya dibutuhkan perubahan tekanan yang besar untuk menghasilkan perubahan volume yang kecil. Contoh fluida yang memiliki Modulus Bulk yang besar adalah air. Dibutuhkan tekanan sebesar 210 atm hanya untuk memampatkan volume air sebesar 1%. Semakin kecil Modulus maka fluida tersebut semakin mudah untuk dimampatkan.
Lalu bagaimanakah tingkat kompresibilitas pada gas ideal?. Secara fisis dapat diartikan bahwa kompresibilitas gas ideal hanya tergantung pada perubahan tekanan dan tidak tergantung pada perubahan volumenya. Tekanan besar kompresibilitas gas ideal besar dan sebaliknya tekanan kecil kompresibilitasnya juga kecil. Pada tekanan yang besar yang menyebabkan kompresibilitas besar tidak berarti gas ideal menjadi gas yang inkompresibel. Besar disini relatif terhadap kompresibilitas yang kecil pada tekanan yang kecil, karena kompresibilitas gas ideal yang “besar” masih sangat jauh lebih kecil dari kompresibilitas air yang nilainya sebagai berikut :
2,15 x 10 +9 (N/m2) = 2,15 x 10+9 Pa ≈ 2,15 x 10+4 atm
Catatan 1 N/m2 = 1 Pa dan 1 atm ≈ 1,01 x 105 Pa.
Dari perbandingan data tersebut kita dapat ambil kesimpulan bahwa air adalah pembanding yang digunakan sebagai standar kompresibilitas dari fluida lain.

Contoh fluida yang dianggap gas ideal adalah udara. Hal ini berdasarkan pada sifat-sifatnya yang mendekati sifat gas ideal yaitu untuk 1 tekanan atm terjadi pengurangan 1 % pada volume udara tersebut. Sehingga dapat dikatakan bahwa perubahan volume yang kecil pada gas dalam kondisi ditekan dengan tekanan yang sangat besar dapat menyebabkan perubahan tekanan yang besar.

Kebalikan dari koefisien kompresibilitas (Ev) disebut isothermal kompresibilitas (α)
yang dirumuskan sebagai berikut :

α=1/κ

〖α=((dρ/ρ)/dp)〗_(T konstan)

Nilai Kompresibilitas isothermal (α) suatu fluida menyatakan perubahan volume atau densitas fraksional berhubungan dengan perubahan tekanan. Satuan kompresibilitas isothermal adalah Pa-1.
Salah satu contoh pengaruh temperatur terhadap Bulk Modulus Elasticity atau Koefisien Kompresibilitas air adalah pada temperatur kurang dari 600 C kompresibilitas air mengecil dengan berkurangnya temperatur. Hal ini bisa dijelaskan bahwa temperatur sangat mempengaruhi perubahan volume atau densitas, dengan kata lain perubahan volume/densitas lebih besar dari pada perubahan tekanan. Kondisi serupa terjadi pada temperatur yang lebih besar dari 600 C, dan nilai koefisien kompresibilitas maksimum terjadi pada suhu sekitar 600 C, ini berarti perubahan tekanannya lebih besar dari pada perubahan volume.

Seperti yang kita tahu bahwa secara umum perubahan densitas suatu fluida sangat ditentukan oleh perubahan temperatur daripada oleh tekanan, sebagai contoh: fenomena kenaikan massa udara (gerakan konveksi), arus laut (upwelling), kenaikan asap pada cerobong dan fenomena lain. Ukuran variasi densitas fluida trehadap temperatur pada tekanan konstan disebut koefisien pengembangan volume (the coefficient of volume expansion), β yg didefinisikan sebagai berikut :

β=〖1/∀ ((d∀)/dT)〗_(P konstan)

Persamaan tersebut setara dengan rumus berikut :

β=-〖1/ρ (dρ/dT)〗_(P konstan)
Perbedaan kedua persamaan diatas adalah terletak pada tanda koefisien. Koefisien persamaan pengembangan volume yang menggunakan data perubahan volume bernilai positif karena semakin besar gaya pengembang yang didapat maka fluida akan semakin meregang atau volumenya bertambah. Sedangkan Koefisien persamaan pengembangan volume yang menggunakan data perubahan densitas bernilai negatif karena semakin besar gaya pengembang yang di dapat maka fluida akan mengalami pengurangan densitas.
Nilai β yang besar menunjukkan bahwa fluida tersebut “cenderung” merupakan fluida yang mampu dimampatkan dan β yang kecil “biasanya” terdapat pada fluid yang tak mampu dimampatkan. Walau demikian nilai β bukan merupakan “indikator” untuk menentukan fluida kompresibel atau tidak kompresibel, karena besar atau kecilnya nilai β merupakan ukuran relatif . Dari dua jenis atau lebih fluida yang kompresibel dapat mempunyai nilai β yang berbeda, dimana β satu fluida dapat lebih besar drpd fluida lainnya. Demikian pula pada berbagai fluida inkompresibel.