Aliran Laminar dan Aliran Turbulen Aliran Vortex

2.2.4 Aliran Laminar dan Aliran Turbulen

Dengan teknologi sekarang,aliran laminar bisa diprediksi lebih baik dan akurat dengan menggunakan teknologi di laboraturium,tetapi berbeda dengan aliran turbulen,kecuali pada aliran sederhana sangat sulit menentukan detail dan permodelan dari aliran ini. Misalnya pada pipa, pada sisi masuk bisa dikatakan molekul – molekul fluida masi tersusun rapi dan tidak acak. Tetapi setelah melewati titik kritis,gerakan fluida mulai acak. Daerah inilah disebut aliran turbulen. Untuk aliran laminar kecepatan pada suatu titik akan tetap terhadap waktu. Sedangkan aliran turbulen kecepatannya akan mengindikasikan suatu fluktuasi yang acak. Dalam aliran turbulen, profil kecepatan pada suatu titik dihasilkan dari gerak acak partikel fluida berdasarkan waktu dalam jarak dan arah. Gambar 2.6Perpindahan aliran dari laminar ke turbulen Dari sudut pandang hidraulik, hal yang paling mudah untuk membedakannya adalah gerak partikeldistribusi kecepatannya seragam, lurus, dan sejajar untuk aliran laminer dan sebaliknya untuk aliran turbulen. Perubahan Universitas Sumatera Utara dari laminer menuju turbulen atau zona transisi terjadi pada jarak tertentu dan zona transisi akan berakhir hingga terjadi kondisi ‘fully developed turbulence’. Bilangan Reynold adalah bilangan tanpa dimensi yang dapat digunkan untuk membedakan aliran laminar dan turbulen yang merupan perbandingan gaya inersia dan gaya viskositas. � = � � Dimana: Re = Bilangan Reynold U = Kecepatan Rata-Rata dari Fluida ms L= Jari jari penampung air m ρ = Massa Jenis kgm 3 μ= Viskositas dinamik kgm.s Pada plat datar bilangan reynold nya adalahRe = 5 x 10 5 pada plat datar dan Re = 2 x 10 5 pada bola.

2.2.5 Aliran Vortex

Pusaran Vortex bentuk dalam cairan bergerak, termasuk cairan, gas, dan plasma. Beberapa contoh umum adalah asap cincin, whirlpool yang sering terlihat di bangun perahu, dayung, dan angin angin topan, Tornado dan badai debu. Pusaran membentuk di bangun dari pesawat dan yang menonjol fitur atmosfer Jupiter. Universitas Sumatera Utara Dalam aliran fluida,aliran inibisa berarti menunjukkan putaran ataupun alur yang melingkar. Dalam defenisinya, aliran ratationalkecepatan vektornyaV ≠ 0, jika irratational kecepatan vektornya V= 0. Aliran vortex ini sendiri termasuk dalam perpaduan aliran irrotational. Gambar 2.7Aliran vortex 2D Untuk membedakan aliran ratational dan irratational,kecepatan aliran sama disemua tempat,dan makin meningkat secara teratur jika mendekati pusat. Gambar 2.8Aliran rotational Jika,dijelaskan dalam persamaan: Universitas Sumatera Utara Sedangkan aliran irratational,kecepatan total sama dengan nol,karena tiap aliran kecepatannya berbeda -beda.Dalam pusaran irrotational, cairan bergerak dengan kecepatan yang berbeda di berdekatan arus, jadi ada gesekan dan karena itu kehilangan energi seluruh vortex, terutama di dekat inti.Untuk alasan itu, irrotational pusaran juga disebut pusaran gratis. Gambar 2.9Aliran irratational Aliran vortex ini adalah aliran turbulen. Dikatakan aliran turbulen karena alirannya tidak teratur dan membentuk pusaran. Vorticitykecepatan aliran vortex sangat tinggi di daerah inti disekitar sumbu dan tekanan menukik tajam ke bawah menuju lubang buang,sehingga aliran vortex ini termasuk aliran rotational. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.10 Aliran vortex kecepatan tinggi Aliran vortex bisa terjadi secara alami ataupun secara paksa.Aliran vortex terjadi walaupun tidak adanya gaya yang dilakukan pada fluida tersebut.Karateristik dari vortex bebas adalah kecepatan tangensial dari partikel fluida yang berputar pada jarak tertentu dari pusatvortex. Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaan ini: = � Dimana: V = kecepatantangensialfluida m s - 1 r = jari-jariputaranpartikelfluidadarititikpusat m � = gayatangensial Universitas Sumatera Utara Dalam vortex bebas, tidak ada perubahan energi melintas pada aliran lurus, jadi persamaan di atassama dengan nol.Apabila suatu gaya diberikan pada suatu fluida dengan maksud membuat aliran fluida berputar. Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran x dapat dilihat pada persamaan berikut: = . � � = � ωX 2 Sehingga : � = � Dimana : Fc = gaya sentrifugal pada aliran vortex W = berat partikel vortex V = kecepatan tangensial

2.3 Turbin Air