37
2.4. Karakteristik Aliran Fluida
Fluida yang bergerak dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa kategori. Apakah alirannya steadi atau tak steadi, apakah fluidanya kompresibel dapat
mampat atau inkompresibel tak dapat mampat, apakah fluidanya viskos atau non-viskos, atau apakah aliran fluidanya laminar atau turbulen. Jika fluidanya
steadi, kecepatan partikel fluida pada setiap titik tetap terhadap waktu. Fluida pada berbagai bagian dapat mengalir dengan laju atau kecepatan yang berbeda, tetapi
fluida pada satu lokasi selalu mengalir dengan laju atau kecepatan yang tetap. Fluida inkompressibel adalah suatu fluida yang tak dapat dimampatkan.
Sebagian besar cairan dapat dikatakan sebagai inkompressibel. Dengan mudah anda dapat mengatakan bahwa fluida gas adalah fluida kompressibel, karena dapat
dimampatkan. Sedangkan fluida viskos adalah fluida yang tidak mengalir dengan mudah, seperti madu dan aspal. Sementara itu, fluida tak-viskos adalah fluida
yang mengalir dengan mudah, seperti air.
2.4.1. Aliran Laminar atau Turbulen
Aliran fluida dapat dibedakan menjadi aliran laminar dan aliran turbulen, tergantung pada jenis garis alir yang dihasilkan oleh partikel - partikel fluida. Jika
aliran dari seluruh partikel fluida bergerak sepanjang garis yang sejajar dengah arah aliran atau sejajar dengan garis tengah pipa, jika fluida mengalir di dalam
pipa, fluida yang seperti ini dikatakan laminar. Jika gerakan partikel fluida tidak lagi sejajar, mulai saling bersilang satu sama lain sehingga terbentuk pusaran di
dalam fluida, aliran yang seperti ini disebut dengan aliran turbulen, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3 berikut:
Gambar 2.3 Aliran Laminar dan Turbulen Khamdani, 2012
Universitas Sumatera Utara
38
2.4.2 Bilangan Reynolds
Menurut Reynold, untuk membedakan apakah aliran itu turbulen atau laminar dapat menggunakan bilangan tak berdimensi yang disebut dengan
Bilangan Reynold. Re =
ρVD μ
2.8 Dimana:
Re = Bilangan Reynold tak berdimensi V = kecepatan rata-rata fts atau ms
D = diameter pipa ft atau m v = μρ = viskositas kinematik m
2
s Pada Re 2300, aliran bersifat laminar.
Pada Re 4000, aliran bersifat turbulen. Pada Re = 2300 – 4000, aliran bersifat 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 gambar berikut.
Gambar 2.4 Daerah Masuk Aliran Sedang Berkembang dan Aliran
Berkembang Penuh Didalam Sebuah Pipa Munson, dkk., 2002
Universitas Sumatera Utara
39
Dari gambar diatas ditunjukkan fluida biasanya memasuki pipa dengan profil kecepatan yang hampir seragam 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, sebuah lapisan batas boundary layer dimana efek viskos kecepatan awal berubah menurut jarak
sepanjang pipa, sampai fluida mencapai ujung akhir dari panjang daerah masuk bagian 2, dimana setelah diluar profil itu kecepatan tidak berubah lagi.
Lapisan batas telah berkembang ketebalannya sehingga mengisi pipa sepenuhnya. Efek viskos sangat penting didalam lapisan batas. Sedangkan efek
viskos fluida di luar lapisan batas dapat diabaikan. Bentuk dari profil kecepatan didalam pipa tergantung pada apakah
laminar atau turbulen, sebagaimana pula panjang daerah masuk, le. Seperti pada banyak sifat lainnya dari aliran pipa, panjang masuk tak berdimensi, leD,
berkorelasi cukup baik dengan bilangan Reynolds. Panjang masuk pada umumnya diberikan oleh hubungan:
le D
= 0,06Re untuk aliran laminar dan
le D
= 4,4Re
14
untuk aliran turbulen 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 berkali-
kali 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
Kategori