Pernahkah kamu memperhatikan bagaimana saus tomat bisa menolak keluar dari botol, tetapi begitu berhasil keluar, ia mengalir deras tak terkendali? Atau bagaimana pasta gigi bisa diam di ujung sikat tanpa menetes, tetapi langsung keluar lembut saat kamu menekannya? Fenomena ini bukan kebetulan, melainkan contoh nyata dari apa yang disebut ilmuwan sebagai fluida non-Newtonian.
Berbeda dengan air atau minyak yang mengalir dengan kecepatan sebanding dengan tekanan yang diberikan, fluida non-Newtonian memiliki sifat yang berubah-ubah tergantung pada gaya atau kondisi sekitarnya. Kadang ia bisa mengeras saat ditekan, kadang malah jadi lebih cair. Dan salah satu jenis paling menarik dari kelompok ini disebut fluida Herschel–Bulkley.
Baca juga artikel tentang: Ilmuwan Temukan Bukti Kuat Kehidupan Di Planet K2-18b
Apa Itu Fluida Herschel–Bulkley?
Fluida Herschel–Bulkley (disingkat HB) adalah tipe fluida non-Newtonian yang tidak mulai mengalir sampai diberi tekanan tertentu disebut yield stress. Bayangkan seperti adonan roti: kamu bisa menekannya lembut tanpa hasil, tetapi begitu ditekan cukup kuat, adonan itu mulai bergeser dan berubah bentuk.
Jenis fluida ini banyak dijumpai di dunia nyata: lumpur pengeboran minyak, semen cair, pasta gigi, cokelat leleh, bahkan darah manusia. Karena itu, memahami bagaimana fluida HB bergerak di dalam pipa sangat penting untuk berbagai industri, dari energi, makanan, hingga kesehatan.
Namun, di balik kesederhanaan tampaknya, memprediksi cara fluida seperti ini mengalir ternyata sangat rumit. Itulah yang menjadi fokus utama penelitian terbaru dalam jurnal Physics of Fluids tahun 2025 oleh BK Yusufi dan timnya, berjudul “Advances in modeling the flow of Herschel–Bulkley fluids in pipes: A Review.”
Mengapa Penelitian Ini Penting?
Bayangkan sebuah pabrik makanan yang harus memompa saus tomat dari satu tangki ke tangki lain, atau perusahaan energi yang mengalirkan lumpur pengeboran ke dalam sumur minyak. Mereka butuh tahu seberapa besar tekanan yang diperlukan, bagaimana aliran bergerak di dalam pipa, dan kapan fluida bisa tersumbat atau malah terlalu cepat mengalir.
Untuk cairan biasa seperti air, hukum Newton sederhana sudah cukup menjelaskan: semakin besar tekanannya, semakin cepat alirannya. Tapi bagi fluida Herschel–Bulkley, hukum itu tidak berlaku. Karena fluida ini memiliki ambang batas tekanan sebelum mulai mengalir, dan perilakunya bisa berubah tergantung pada suhu, komposisi, bahkan diameter pipa.
Oleh sebab itu, ilmuwan mencoba membuat model matematika dan komputer untuk memprediksi bagaimana fluida semacam ini bergerak. Model ini disebut model aliran fluida, dan fungsinya seperti peta yang membantu insinyur memvisualisasikan apa yang tidak bisa mereka lihat langsung di dalam pipa.
Dari Teori Hingga Komputer Super
Dalam penelitian ini, para peneliti meninjau berbagai cara yang digunakan untuk mempelajari perilaku fluida HB, mulai dari teori dasar fisika (first-principle physics), percobaan di laboratorium, hingga simulasi komputer.
Pada kondisi aliran laminar (yakni aliran yang halus dan teratur seperti arus sungai tenang), model teoritis sudah cukup akurat untuk memprediksi gerakan fluida HB. Tetapi begitu aliran menjadi turbulen (berputar, bergolak, dan tak menentu seperti air terjun) semua menjadi jauh lebih rumit.
Di sinilah letak tantangannya. Model turbulensi yang digunakan selama ini banyak dikembangkan untuk air atau udara (fluida Newtonian). Saat diterapkan pada fluida HB, hasilnya sering kali meleset dari data eksperimen. Artinya, model tersebut perlu disesuaikan atau diperbarui agar bisa mencerminkan kenyataan.
Untuk itu, para peneliti kini memanfaatkan simulasi komputer canggih yang bisa menghitung jutaan variabel aliran dalam waktu singkat. Dengan bantuan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin (machine learning), model-model ini menjadi semakin cerdas dalam menyesuaikan hasilnya dengan data eksperimen nyata.
Mengalir dari Laboratorium ke Dunia Nyata
Penerapan penelitian semacam ini tidak hanya terbatas di laboratorium. Di dunia industri, pemahaman yang akurat tentang perilaku fluida HB bisa membawa dampak besar:
- Dalam industri energi, membantu memprediksi dan mengendalikan aliran lumpur pengeboran di sumur minyak agar tidak menyumbat pipa.
- Dalam industri makanan, memastikan konsistensi dan tekstur produk seperti saus, yoghurt, dan cokelat.
- Dalam bidang medis, membantu memahami bagaimana darah (yang juga termasuk fluida non-Newtonian) mengalir dalam pembuluh, terutama pada kondisi penyakit tertentu seperti hipertensi atau arteriosklerosis.
- Dalam konstruksi, membantu merancang beton dan semen yang bisa mengalir ke celah kecil tanpa kehilangan kekuatannya.
Dengan kata lain, penelitian ini membantu kita “melihat” bagaimana dunia mikro bekerja dari pipa industri hingga pembuluh darah manusia.
Tantangan yang Masih Tersisa
Meskipun kemajuan sudah pesat, para peneliti mengakui bahwa masih ada banyak hal yang belum terpecahkan. Model-model simulasi yang ada sering kali perlu penyesuaian matematis yang kompleks agar cocok dengan data eksperimen. Perbedaan kecil dalam kondisi, seperti suhu atau ukuran partikel di dalam fluida, bisa mengubah hasil perhitungan secara drastis.
Selain itu, banyak fluida di dunia nyata tidak murni termasuk dalam satu kategori. Mereka bisa memiliki sifat ganda, sebagian seperti cairan biasa, sebagian seperti pasta atau lumpur. Menyatukan semua karakteristik itu ke dalam satu model matematis masih menjadi tantangan besar bagi para ilmuwan fluida (fluid dynamicists).
Namun, setiap langkah kecil dalam memahami perilaku ini membawa dampak besar bagi dunia teknik dan sains terapan.
Bagi kebanyakan orang, cairan hanyalah sesuatu yang mengalir (air, minyak, atau susu). Tapi bagi ilmuwan seperti BK Yusufi dan timnya, setiap tetes cairan menyimpan teka-teki kompleks tentang gaya, tekanan, dan struktur molekul.
Dengan terus mengembangkan model aliran fluida seperti Herschel–Bulkley, para ilmuwan tidak hanya memecahkan persoalan teknis, tetapi juga membuka jalan menuju efisiensi energi, keamanan industri, dan inovasi di bidang material serta bioteknologi.
Jadi, lain kali saat kamu menekan botol saus tomat, ingatlah: di balik gerakan sederhana itu, ada ilmu fisika rumit yang sedang bekerja dan para peneliti di seluruh dunia sedang berusaha memahaminya agar kehidupan kita menjadi lebih mudah, aman, dan efisien.
Baca juga artikel tentang: Anders’ Earthrise: Dari Simbol Perdamaian ke Laboratorium Eksplorasi Antariksa
REFERENSI:
Yusufi, BK dkk. 2025. Advances in modeling the flow of Herschel–Bulkley fluids in pipes: A review. Physics of Fluids 37 (2).
