Sifat Dasar Fluida TINJAUAN PUSTAKA

di permukaan zat cair sepanjang saluran terbuka adalah tekanan atmosfer. Aliran viskos adalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan viskositas. Viskositas terjadi pada temperature tertentu. Tabel 2.1. memberikaan sifat air viskositas kinematik pada tekanan atmosfer dan beberapa temperature. Kekentalan adalah sifat zat cair yang dapat menyebabkan terjadinya tegangan geser pada waktu bergerak. Tegangan geser ini akan mengubah sebagian energi aliran dalam bentuk energi lain seperti panas, suara, dan sebagainya. Perubahan bentuk energi tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan energi. Tabel 2.1Sifat air kekentalan dan viskositas kinematik pada tekanan atmosfer NO Suhu Kekentalan Air Viskositas Kinematik o C N.sm 2 NO 1 1,778 x 10 -5 1,788 x 10 -6 2 10 1,307 x 10 -5 1,307 x 10 -6 3 20 1,003 x 10 -5 1,005 x 10 -6 4 30 0.799 x 10 -5 0,802 x 10 -6 5 40 0.657 x 10 -5 0,662 x 10 -6 6 50 0,548 x 10 -5 0,555 x 10 -6 7 60 0,467 x 10 -5 0,475 x 10 -6 8 70 0,405 x 10 -5 0,414 x 10 -6 9 80 0,355 x 10 -5 0,365 x 10 -6 10 90 0,316 x 10 -5 0,327 x 10 -6 11 100 0,283 x 10 -5 0,295 x 10 -6 Sumber: White, 1986:390 Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 2 dua macam. Apabila pengaruh kekentalan viskositas cukup dominan sehingga partikel-partikel zat cair bergerak secara teratur menurut lintasan lurus maka aliran disebut laminar. Aliran laminar terjadi apabila kekentalan besar dan kecepatan aliran kecil. Dengan berkurangnya pengaruh kekentalan atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan berubah dari laminar menjadi turbulen. Pada aliran turbulen partikel-partikel zat cair bergerak secara tidak teratur. 2.4.1. Aliran Laminar atau Turbulen Aliran fluida dalam sebuah pipa mungkin merupakan aliran laminar atau turbulen. Osborne Reunolds 1842-1912, ilmuwan dan ahli matematika Inggris, adalah orang yang pertama kali membedakan dua aliran tersebut seperti pada gambar Gambar 2.4 Eksperimen untuk mengilustrasikan jenis aliran Munson, 2003 Jika air mengalir melalui sebuah pipa berdiameter D dengan kecekpatan rata-rata V, sifat-sifat berikut ini dapat diamati dengan menginjeksikan zat pewarna yang mengambang seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas. Untuk “laju aliran yang cukup kecil’ guratan zat pewarna akan berupa garis yang terlihat jelas selama mengalir , dengan hanya sedikit saja menjadi kabir karena difusi molekuler dari zat pewarna ke air diskelilingnya. Untuk suatu “laju aliran sedang” yang lebih besar guratan zat pewarna berfluktiuasi menurut watku dan ruang, dan olakan putus- putus dengan perilaku tak beraturan muncul disepanjang guratan. Sementara itu, unuk “laju aliarn yang cukup besar’ guratan zat pewarna dengan sangat segera menjadi kanir dan menyebar diseluruh pipa dengan pola yang acak. Ketiga karakteristik ini disebut sebagai aliran laminar, transisi, dan turbulen. 2.4.2. Bilangan Reynolds Untuk aliran pipa parameter yang tidak berdimensi yang paling penting adalah bilangan Reynolds, bilangan Reynolds merupakan perbandingan antara efek inersia dan viskos dalam aliran. Dengan demikian dapat dirusmuskan seebagai persamaan berukut: �� = ��� � 2.8 Dimana V adalah kecepatan rata-rata dalam pipa. Artinya, aliran di dalam sebuah pipa adalah laminar, transisi, ataur turbulen jika bilangan Reynoldsnya “cukup kecil”, “sedang” atau “cukup besar”. Bukan hanya kecepatan fluida yang menentukan sifat aliran namun kerapatan, viskositas dan diameter pipa sama pentingnya. Parameter-paremeter ini berkombinasi menghasilkan bilangan Reynolds. Perbedaan antara aliran pipa laminar dan turbulen dan ketergantungan terhadap sebuah besaran takberdimensi yang sesuao pertama kali ditunjukkan oleh Osborne Reynolds pada tahun 1883. Kisaran bilangan Reynolds dimana akan diperoleh aliran pipa yang laminar, transisi, atau turbulen tidak dapat ditentukan dengan tepat. Transisi yang aktual dari aliran laminar ke turbulen mungkin berlangsung pada berbagai bilangan Reynold, tergantung pada berapa besar alirab terganggu oleh getaran pipa, kekasaran dari daerah masuk, dan hal-hal sejenis lainnya. Untuk keperluan teknik pada umumnya, nilai berikut cukup menandai aliran di dalam pipa bundar adalah laminar jika bilangan Reynoldsnya 2100. Aliran didalam pipa bundar adalah turbulen kika bilangan Reynoldnya lebih besar dari kira- kira 4100. Untuk bilangan Reynolds diantara kedua batas ini, aliran mungkin berubag dari keadaan laminar menjadi turbulen dengan perilaku acak yang jelas transisi. 2.4.3 Daerah Masuk dan Aliran Berkembang Penuh Setiap fluida mengalir dalam sebuah pipa harus memasuki pipa pada suatu lokasi. Daerah aliran didekat lokasi fluida memasuki pipa disebut sebagai daerah masuk entrance region dan diilustrasikan pada gamber berikut Gambar 2.5 Daerah masuk aliran sedang berkembang dan aliran berkembang penuh didalam sebuah pipa Munson, 2003 Dari ganbar diatas ditunjukkan fluida biasanya memasuki pipa dengan profil kecepatan yang hampur seragam pada bagian 1. Selagi fluida bergerak melewati pipa, efek viskos menyebabkan tetap menempel pada dinding pipa kondisi lapisan batas tanpa-slip, hal ini berlaku baik jika fluidanya adalah udara yang relatif inviscid ataupun minyak yang sangat viskos. Jadi, sebuha lapisan batas boundary layer dimana efek viskos kecepatan awal berubah menurut jarak sepanjang pipa, x, sampai fluida mencapat ujung akhir dari panjang daerah masuk, bagian 2, dimana setelah diluar profil itu kecepatan tidal berubah lagi menurut x. Lapisan batas telah tumbuk ketebalannya sehingga memnuhi pipa secara menyeluruh. Efek viskos sangat penting didalam lapisan batas, untuk fluida diluar lapisan batas efek viskos dapat diabaikan. Bentuk dari profil kecepatan didalam pipa tergantung pada apakah laminar atau turbulen, sebagaiman pula panjang daerah masuk, le. Seperti pada banyak sifat lainnya dari aliran pipa, panjang masuk takberdimensi, leD, berkorelasi cukup baik dengan bilangan Reynolds. Panjang masuk pada umumnya diberikan oleh hubugan: �� � = 0,06 �� ����� ������ ������� Dan �� � = 4,4 �� 14 ����� ������ �������� Untuk aliran-aliran dengan bilangan Reynolds sangat rendah panjang masuk dapat sangat pendek l e = 0,6D jika Re = 10, sementara untuk aliran-aliran dengan bilangan Reynolds besar daerah masuk tersebut dapat sepanjang berkalikali diameter pipa sebelum ujung akhir dari daerah masuk dicapai le = 120D untuk Re = 2000. Untuk banyak masalah-masalah teknik praktis 10 4 Re 10 5 sehingga 20D l e 30D. 2.4.4. Tekanan dan Tegangan Geser Aliran tunak berkembang penuh didalam pipa berdiameter konstan mungkin digerakkan oleh gaya-gaya gravitasi dan atau tekanan, untuk aliran pipa horizontal, gravitasi tidak memberikan pengaruh kecuali terhadap variasi tekanan hidrostatik pada pipa, γ D, yang biasanya diabaikan, Beda tekanan Δp= p 1 -p 2 , antara suatu bagian popa horizontal dengan bagian lainnya yang mendorong fluida mengalir melewati popa. Efek viskos memberikan efek penghambat yang melewati pipa, sehingga memungkinkan fluida mengalir melaui pipa tanpa percepatan. Jika efek viskos tidak ada dalam aliran serupa itu, tekanan akan konstan diseluruh pipa, kecuali untuk variasi hidrostatik. Dalam daerah aliran yang tidak berkembang penuh, seperti pada daerah masuj sebuah pipa, fluida mengalami percepatan atau perlambatan selagi mengalir. Jadi, didaerah masuk terdapat keseimbangan antara gaya-gaya tekanan, viskos dan inersia percepatanseperti pada gambar 2.5