ABSTRAK
Fluida adalah zat yang mengalami perubahan bentuk secara terus menerus apabila terkena gaya geser. Fluida ada yang berbentuk cair dan gas. Udara yang kita hirup, air di sungai, dan darah yang mengalir di tubuh kia adalah sedikit dari sekian banyak contoh penerapan fluida di kehigupan ini. aliran fluida dapat dibedakan menjadi aliran laminar dan turbulen. Keduanya dapat dicari dari Reynold number aliran tersebut, oleh karena itu penting bagi kita untuk memahami fenomena dalam pipa pipa dan reynold number. Alat dan bahan yang dibunakan adalah bak air transparan berdiameter 25mm, kran pengatur aliran air, tangki t angki zat z at pewarna, pengatur aliran alir an zat pewarna dan nozzle zat z at pewarna. Percobaan dimulai dengan diaturnya debit air hingga dicapainya debit air 30 liter/hour lalu valve tabung tinta warna merah dibuka. Kemudian pola aliran yang terjadi diamati. Hasil pengamatan dicatat pada lembar pengamatan yang tersedia te rsedia kemudian diulangi dengan variasi debit air berbeda dengan kenaikan debit air sebesar 10liter/jam hingga dicapainya debit 250 liter/jam. Dari hasil percobaan, maka didapatkan bahwa aliran didalam pipa jika nilai Reynold Numbernya diatas 2300, maka aliran akan turbulen, dan jika dibawah 2300 maka akan laminer. Aliran laminer adalah aliran fluida yang berlapis-lapis dan rapih tanpa persilangan. Aliran turbulen adalah aliran fluida yang saling silang dan tidak teratur. Dari data percobaan didapatkan bentuk dari aliran laminer dimana jika debit air lebih kecil sama dengan 80 liter/s dan aliran turbulen jika debit lebih besar dari 80 liter/s. Dari hasil percobaan didapatkan nilai reynold number.
K ata K unci La L apor an : A lir li r an La L ami nar nar , Ali A lirr an Turb Tur bulen, ulen, R eynold ynold numb number
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Ilmu-ilmu tentang fluida sangat berkaitan erat dengan kehidupan kita sehari-hari salah satunya reynold number yang berpengaruh untuk menentukan apakah suatu aliran laminar atau turbulan. Di dunia industri ini misalnya pembuatan pipa. Jika suatu perusahaan telah memberikan ketepatan diameter dan kecepatannya. Maka kita harus mendesain bahan apa yang sesuai. Reynold number sering dipakai dalam pemasangan pipa. Dan pada percobaan ini dilakukan untuk memahami fenomena aliran dalam sebuah pipa yang nantinya akan membantu kita dalam memperkirakan material yang sesuai dengan apa yang telah direncanakan. Reynold number juga digunakan pada bentuk-bentuk kendaraan di dunia, baik itu pesawat terbang, maupun mobil dan sepeda. Pada kasus ini. Reynold number bertujuan untuk menghasailkan efisiensi yang lebih besar.
1.2
Tujuan Praktikum
Tujuan diadakannya percobaan Reynold Apparatus ini adalah : 1. Untuk memahami prinsip dasar bilangan Reynold 2. Untuk memahami fenomena aliran dalam pipa
1.3
Batasan Masalah
Batasan pada praktikum ini adalah: 1. Steady Flow 2. Incompressible Flow 3. Percobaan dilakukan pada suhu kamar
1.4
Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam praktikum ini adalah: 1. Bagaimana prinsip dasar bilangan Reynold? 2. Bagaimana fenomena aliran fluida dalam pipa?
BAB I DASAR TEORI
2.1
Pengertian Aliran
Aliran dapat didefinisikan sebagai fluida bergerak pada lintasan te rtentu. Aliran dapat digolongkan dalam banyak jenis seperti viskos, inviscid, turbulen, laminar, kompressible, inkompressible, stead y, dan unsteady. Untuk mendeskripsikan aliran , dapat ditinjau dari plat sejaj ar, pipa, dan silinder pejal. Dan jenis-jenis aliran tersebut dapat dijelaskan dengan bantuan diagram fluida continus.
2.2
Jenis-Jenis Aliran
2.2.1
Aliran Viscous dan Inviscid
Aliran Viscous adalah aliran dimana viskositas fluida sangat berpengaruh sehingga menghasilkan tegangan geser aliran pada dinding saluran. ≠ 0. Aliran invisid adalah aliran dimana viskos fluidanya diasumsikan nol, maka tegangan geser aliran pada dinding saluran sangat kecil sehingga dianggap tidak ada = 0.
Gambar 2.1. Inviscid Flow
Gambar 2.2 Viscous Flow 2.2.2
Aliran Laminar dan Turbulen
Aliran laminar adalah aliran yang dibentuk oleh partikel-partikel fluida yang bergeraj secara berlapis-lapis dimana setiap lapisan bergerak diatas lapisan lainnya, sehingga partikel fluidanya tidak saling berpotongan dan aliran ini memiliki bilangan reynold pada pipa sebesar <2300. Aliran turbulen adalah adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktasi yang saling interaksi. Akibat dari hal tersebut garis alir antara partikel fluidanya saling berpotongan dan aliran ini memiliki bilangan reynold pada pipa sebesar >2300.
Gambar 2.3 2.2.3
Aliran Internal dan Eksternal
Aliran internal adalah aliran dimana fluida yang mengalir dilingkupi secara penuh oleh suatu batas padat, contohnya pipa. Aliran eksternal adalah aliran dimana fluida melingkupi suatu body padat, contohnya aliran sungai.
2.2.4
Aliran Incompresible dan compressible
Aliran Inkompresibel adalah aliran dimana perubahan masa jenis fluida sepanjang medan aliran relatif kecil dengan variasi densitas < 5% dan nilai Mach number < 0.3 . = . Aliran kompresibel adalah aliran dimana perubahan masa jenis fluida sepanjang medan aliran cukup besar dengan variasi densitas > 5% sehingga perubahan masa jenis aliran tidak dapat diabaikan dan nilai Mach number > 0.3 . ≠
. Bilangan Mach (M) adalah bilangan tanpa dimensi dan untuk mengkarakteristikkan tingkat compressibility aliran.
=
⃗
……………………
Dimana :
⃗ = kecepatan rata – rata aliran C = Kecepatan rambat bunyi
2.2.5
Aliran Steady dan Unsteady
Aliran steady adalah aliran yang property fluida di suatu titi k tidak tergantung oleh waktu. Aliran unsteady adalah aliran yang property fluida di suatu titik tergantung oleh waktu.
2.3
Fluida As Continum
Fluid As Continuum adalah anggapan bahwa fluida merupakan satu kesatuan yang makroskopis. Fluida merupakan zat yang terdiri dari molekul-molekul dengan gerakan yang konstan. Molekul-molekul tersebut memiliki pengaruh dan akibat, dan kita dapat mengukurnya dengan mengambil rata-ratanya dan tidak berurusan hanya dengan satu molekul saja. Dengan adanya asumsi Fluid As Continuum tersebut maka fluida memiliki harga tertentu di setiap titik dan ruang, sehingga properti seperti densitas, temepratur, kecepatan, dan sebagainya merupakan fungsi posisi dan waktu.
Gambar 2.4 Fluida as Continum 2.4
Bilangan Reynolds.
Bilangan reynold adalah bilangan yang digunakan untuk menentukan suatu aliran dapat dikatakan aliran laminar atau turbulen. Klasifikasi bilangan Reynolds
tergantung pada tempat dimana aliran tersebut mengalir. Untuk aliran pada pipa bilangan Reynolds < 2300 dapat dikatakan sebagai aliran laminar, sedangkan aliran dengan bilangan Reynolds > 2300 dapat dikatakan sebagai aliran turbulent. Untuk aliran diantara dua plat datar bilangan Reynolds < 1400 dapat dikatakan sebagai aliran laminar sedangkan aliran dengan bilangan Reynolds > 1400 dapat dikatan sebagai aliran turbulent. Untuk aliran pada plat datar bilangan Reynolds < 10 5 dapat dikatakan sebagai aliran laminar sedangkan aliran dengan bilangan Reynolds > 10 5 dapat dikatakan sebagai aliran turbulent Bilangan Reynolds menentukan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya viskos pada aliran fluida. Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi. Maka penurunan rumusnya adalah Re =
Gaya Inersia Gaya Viskos
=
.s /
=
s L
Dimana : Re = ρ
=
Bilangan Reynolds Densitas (kg/m3)
s =
Kecepatan Fluida (m/s)
μ =
Viskositas absolut Fluida Dinamis
LH =
diameter hidrolik (m)
2.5
Streamline, Streakline, Pathline, Timeline.
2.5.1
Streamline
Garis yang dilukiskan dalam aliran dimana garis singgung pada setiap titik tersebut menyatakan arah kecepatan aliran.
Gambar 2.5 Streamline
2.5.2
Streakline
Gabungan lintasan dari sejumlah partikel yang bergerak dimana identitas partikel telah diketahui dan partikel tersebut pernah melewati titik yang sama.
Gambar 2.6 Streakline
2.5.3
Pathline
Lintasan yang dibentuk oleh sebuah partikel yang bergerak dalam aliran.
Gambar 2.7 Pathline
2.5.4
Timeline
Garis atau lintasan yang dibentuk oleh sejumlah partikel yang mengalir pada saat yang sama
Gambar 2.5 Timeline
2.6
Boundary Layer
Pada plat datar hanya satu sisi yang dibatasi dan sisi yang lain tidak. Artinya yang mendapatkan gesekan juga hanya satu sisi. Pada aliran plat datar terjadi perbedaan kecepatan pada bagian yang terdapat pengaruh gaya geseknya dan tidak atau bagian atas. Bagain yang dibatasi oleh plat akan kecepatan alirannya semakin kecil dan bernilai nol. Sebaliknya pada bagian atas kecepatannya akan meningkat hingga besarnya sama saat aliran belum terkena plat. Pada plat dasar ini terdapat dua daerah yang dibatasi oleh boundary layer . Bagian yang terpengaruh oleh gaya gesek adalah daerah viscous, dan daerah yang tidak dipengaruhi gaya gesek adalah daerah inviscid . Kedua daerah ini dipesahkan oleh boundary layer. Kecepatan diatas daerah boundary layer kecepatannya cenderung konstan.
Gambar 2.6 Boundary Layer
BAB III METODOLOGI
3.1 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan untuk percobaan Reynold adalah 1. Bak air transparan 2. Pipa pemasukan air ke bak 3. Pembuang kelebihan air 4. Pipa transparan berdiameter 25 mm 5. Kran pengaturan aliran air 6. Tangki zat pewarna 7. Pengatur aliran zat pewarna 8. Nozel zat pewarna
3.2 Instalasi Alat
Langkah-langkah percobaan yang dilakukan pada percobaan Reynold Apparatus ini adalah pertama debit air diatur dengan mengatur valve pada flowmeter hingga debit air menjadi 30 liter/hour, valve tabung tinta warna merah dibuka, pola aliran yang terjadi diamati, kemudain hasil pengamatan dicatat pada lembar pengamatan yang tersedia, langkah-langkah tersebut diualang dengan variasi debit air yang berbeda, kenaikan debit sebesar 10 liter/hour hingga mencapai debit 250 liter/hour.
Gambar 3.1 Instalasi Alat
3.3 Langkah-Langkah Percobaan
1. Debit air diatur dengan mengatur valve pada flow meter hingga debit air menjadi 30 liter/jam. 2. Valve tabung tinta warna merah dibuka. 3. Pola aliran yang terjadi diamati. Hasil pengamatan dicatat pada lembar pengamatan yang tersedia. 4. Langkah-langkah 1-4 diulangi dengan variasi debit air yang berbeda. 5. Kenaikan debit pada percobaan ini adalah 10 liter/jam hingga mencapai debit 250 liter/jam.
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1
Tabel data percobaan
(terlampir)
4.2
Contoh Perhitungan
Contoh perhitungan menggunakan data yang diambil dari data ke-20 Diketahui : Q
= 40
= 0,00000555
D pipa= 0.0245 m
ρ
= 997
A
= 2 = 0.000471 m 2
V
= = 0,01178
μ
= 8.74 x 10-4
3
4
.
Reynolds Number Re=
3
=
997
,1178 .245 3 − 8.74 1 .
= 329,2267391
4.3
Analisa Data
Aliran laminar adalah aliran dimana struktur aliran dibentuk oleh partikel-partikel fluida yang bergerak secara berlapis-lapis, dimana setiap lapisan bergerak diatas lapisan lainnya. Aliran turbulent adalah aliran dimana partikel-partikel fluida bergerak secara bercampur aduk (mixing) dan acak, setiap partikel menumbuk partikel lainnya sehingga terjadi pertukaran energi. Untuk mengetahui pola aliran yang terjadi digunakan Reynolds Number (Re). Bilangan Reynoldss ini tidak berdimensi berguna untuk mengkarakteristikan aliran laminar, aliran transisi atau aliran turbulent. Reynolds Number Re =
............................................................... (Rumus 3.1)
Dimana Lh atau luas hidrostatis adalah luasan aliran fluida yang mengalir. Pada aliran fluida pada pipa, Lh merupakan diameter dalam pipa karena luas aliran fluida sama dengan diameter dalam pipa. Penentu aliran laminar, aliran transisi atau aliran turbulent dilihat dari besarnya bilangan Re. Pada aliran pada pipa jika bilangan Re < 2300 maka dapat dikatakan aliran fluida merupakan aliran laminar dan apabila bilangan Re > 2300 maka dapat dikatakan aliran fluida merupakan aliran turbulent. Dari percobaan yang telah dilakukan maka didapatkan besar debit air (Q) yaitu dari 30 Liter/hour hingga 250 Liter/hour, diameter yang dilalui (D) sebesar 2.45 cm, serta suhu ruang 26oC. Dengan mengetahui suhu ruang saat kita melakukan percobaan maka kita dapat mengetahui berapa massa jenis air dan viskositas absolute fluida saat itu dengan cara menginterpolasi dari tabel A.8 pada Appendix A buku “Introduction to Fluid Mechanics” karangan Fox and McDonald’s yaitu sebesar 996.8 Kg/m 3 dan 0.0008744 N s/ m 2. Kemudian menghitung Reynolds Number Teoritis. Dari Tabel Hasil Perhitungan (Lampiran). Didapatkan hasil jenis aliran pada debit air dari 30 Liter/hour – 130 Liter/hour adalah aliran Laminar dan pada debit air 140 Liter/hour – 250 Liter/hour adalah aliran Turbulent. Pada percobaan ini didapatkan juga bentuk-bentuk aliran melalui hasil pengamatan. Dengan debit yang berbeda-beda maka pola aliran yang didapatkan berbeda beda juga. Dapat dilihat pada Tabel Data Percobaan Reynolds Apparatus. Dari hasil pengamatan didapatkan pada
debit air dari 30 Liter/hour – 140 Liter/hour adalah aliran Laminar, pada debit air 150 Liter/hour adalah aliran Transisi, dan pada debit air 160 Liter/hour – 250 Liter/hour adalah aliran Turbulent. Bedasarkan pengamatan hasil percobaan dan perhitungan teoritis terdapat beberapa perbedaan pada penentu pola aliran. Perbedaan aliran terjadi pada pengamatan hasil percobaan saat debit air 140 Liter/hour dimana alirannya terlihat laminer. Sedangkan pada perhitungan teoritis saat debit air 140 Liter/hour, aliran dianggap Turbulent. Selain pada saat debit air 140 Liter/hour sampai 150 Liter/hour, aliran antara pengamatan hasil percobaan dengan perhitungan teoritis adalah sama. Perbedaan ini bisa terjadi karena terdapat beberapa factor kesalahan, antara lain adalah nozel injector tidak berada ditengah, dye (cairan warna) langsung turun ke dasar pipa transparan setelah keluar membuat pengamatan menjadi sulit, kondisi praktikan yang menurun membuat pengamatan pada aliran kurang akurat dan dinding bak air kotor sehingga pengelihatan kuran teliti BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1.
Semakin besar debit aliran fluida akan menyebabkan semakin besarnya kecepatan aliran yang berpengaruh pada kenaikan angka Re ynold.
2.
Secara teori aliran pada pipa dengan bilangan Reynold dibawah 2300 adalah aliran laminar, sedangkan diatas 2300 adalah aliran turbulen.
3.
Hasil percobaan tidak menunjukkan kesesuaian karena adanya kesalahan. Hasil percobaan menunjukan bahwa aliran laminar terjadi pada debit 30 liter/hour sampai 140 liter/hour, aliran transisi terjadi pada debit air 150 liter/hour, dan aliran turbulen terjadi pada debit 160 liter/hour sampai 250 liter/hour. Sedangkan pada perhitugngan toritis aliran laminar terjadi pada debit 30 liter/hour sampai 140 liter/hour dan aliran turbulen terjadi pada debit 150 liter/hour sampai 250 liter/hour. Hal ini terjadi dimungkinkan karena ketidaktelitian praktikan dalam mengamati aliran yang terjadi pada saat pengujian.
5.2 Saran
1.
Pada saat pengamatan jenis aliran ditunggu hingga aliran stabil setelah penaikkan debit air.
2.
Pada saat praktikum usahakan bejana kaca tidak bergetar.
3.
Pada saat praktikum agar kondisi ruangan dikondisikan, begitu pula instrument percobaannya, karena pada percobaan terakhir praktikan kesulitan mengamati jenis aliran disebabkan pencahayaan yang kurang memadai, serta pada penunjuk skala instrument juga tidak jelas di angka skala awal.
