Hukum Darcy: Terdiri dari apa, Eksperimen dan Aplikasi

Hukum Darcy berfungsi untuk menggambarkan aliran fluida melalui bahan berpori. Hukum disimpulkan sebagai universalisasi yang berlaku untuk perhitungan aliran air melalui filter pasir. Itu diperoleh dari beberapa percobaan yang dilakukan oleh insinyur Perancis Henry Darcy di pasir kasar yang mengandung kerikil halus dari Sungai Saona.

Meskipun seiring waktu itu mengalami modifikasi, hukum yang dirumuskan oleh Darcy dari eksperimennya adalah dasar ilmiah hidrologi saat ini. Untuk penelitiannya, Darcy menggunakan alat yang sangat mirip dengan permeameter yang saat ini digunakan di sebagian besar laboratorium dalam penelitian cairan.

Saat ini undang-undang ini banyak digunakan di bidang yang beragam seperti teknik, hidrogeologi, dan industri minyak.

Terdiri dari apa itu?

Dalam bentuknya yang paling sederhana, ekspresi matematis Hukum Darcy adalah sebagai berikut:

Q = K ∙ A ∙ Δh / ΔL

Dalam ungkapan ini Q adalah aliran dan K adalah konstanta yang dikenal sebagai koefisien permeabilitas Darcy (konstanta yang bergantung baik pada material dan sifat-sifat fluida yang melewatinya).

Selain itu, A adalah luas penampang, ΔL adalah jarak antara dua titik sampel dan Δh adalah perbedaan potensial antara dua titik yang sama.

Ungkapan hukum yang lebih tepat adalah:

q = - K ∙ (dh / dl)

Dalam persamaan ini q = Q / A atau aliran per bagian, K adalah konduktivitas hidrolik, dan dh / dl adalah gradien hidrolik.

Pertimbangan Hukum Darcy

Pada saat menetapkan hukum Darcy, serangkaian pertimbangan dipertimbangkan, baik pada media berpori dan pada cairan:

- Cairan tidak bisa kompres.

- Media berpori yang mengalir melalui fluida adalah homogen.

- Alurnya linear dalam karakter.

- Aliran fluida adalah isotermal.

- Cairan tidak bereaksi kapan saja dengan media berpori yang dilintasi.

Keterbatasan

Anda pada dasarnya dapat mempertimbangkan dua batasan mendasar untuk hukum Darcy.

- Pertama-tama, fakta bahwa konstanta K tidak hanya bergantung pada media berpori, karena nilainya juga tergantung pada fluida yang melewatinya.

- Kedua, hubungan non-linear antara aliran dan gradien hidrolik, yang terjadi jika konstanta mengambil nilai yang sangat rendah atau jika kecepatannya sangat tinggi.

Validitas

Secara umum dianggap bahwa hukum yang disimpulkan oleh Darcy berlaku untuk aliran air melalui media berpori, seperti halnya tanah, di mana ada aliran laminar.

Yang benar adalah bahwa karya-karya peneliti lain di kemudian hari telah memungkinkan untuk menguatkan bahwa Hukum Darcy mempertahankan keabsahannya untuk sebagian besar jenis aliran cairan yang bergerak melalui tanah.

Namun, penting untuk diingat bahwa untuk kebocoran cairan pada kecepatan sangat tinggi dan gas pada kecepatan sangat rendah, hukum Darcy tidak berlaku lagi.

Eksperimen Darcy

Insinyur Prancis Henry Darcy adalah salah satu prekursor terpenting dalam pengembangan pasokan air perkotaan.

Dia bertanggung jawab atas studi jaringan pasokan air kota Dijon, Prancis. Rupanya, di antara tanggung jawabnya juga harus desain filter pemurnian air; inilah yang mungkin membawanya untuk menyelidiki aliran air melalui hamparan pasir.

Hasil studinya tentang subjek tersebut tampak diterbitkan sebagai lampiran dari laporan yang ia presentasikan pada jaringan distribusi air kota Dijon; Dalam lampiran-lampiran inilah ekspresi dari apa yang kemudian disebut Hukum Darcy muncul.

Yang benar adalah bahwa penyelidikan mereka ternyata sangat relevan sehingga, sejak itu, mereka dianggap sebagai dasar dari semua studi selanjutnya tentang aliran air tanah dan dasar ilmiah untuk mempelajari permeabilitas cairan.

Namun, nilai pekerjaan Henry Darcy tidak terbatas pada penyelidikannya. Henry Darcy juga diakui karena upayanya memungkinkan Dijon menjadi kota Eropa kedua, setelah Roma, memiliki jaringan pasokan air yang lengkap. Jaringan ini mencapai setiap lantai di setiap rumah di kota Prancis.

Permeameter

Perangkat yang dirancang oleh Darcy untuk eksperimennya adalah dasar dari permeameter saat ini. Permeameter digunakan untuk menentukan permeabilitas bahan yang berbeda sebelum lewatnya fluida.

Secara umum, mereka terdiri dari wadah diisi dengan bahan berpasir dengan bagian yang ditentukan konstan melalui mana aliran air diedarkan.

Aliran air berasal dari tangki air di mana tingkat air konstan. Outlet yang terletak di ujung lain wadah terdiri dari keran tempat aliran konstan keluar.

Setidaknya dua pengukuran ketinggian kolom air dilakukan di sepanjang jalur fluida untuk mengetahui permeabilitas material.