LAPORAN PRAKTIKUMMEKANIKA FLUIDA

BILANGAN REYNOLD

Oleh:Helmas Dwi Antoro Tanjung

NIM A1H009041

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS PERTANIANPURWOKERTO

2010

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Mekanika fluida adalah ilmu mekanika dari zat cair dan gas yang

didasarkan pada prinsip yang sama dengan prinsip yang dipakai pada zat padat.

Kecepatan dari tiap parttikel fluida pada satu titik tertentu adalah tetap. Mengikuti

gerak partikel di dalam fluida adalah untuk menyatakan gerak fluida. Gerakan

fluida dapat diamati sehingga dapat mengambil suatu pemahamam dari gerakan

fluida yang diamati. Pergerakan dari suatu partikel fluida merupakan identifikasi

mengenai jenis aliran yang timbul/terjadi. Beberapa jenis aliran yang dapat terjadi

yaitu aliran laminer, aliran transisi, dan aliran turbulen. Jenis aliran fluida inilah

yang akan dibahas dalam praktikum ini.

Aliran yang bersifat lunak pada suatu titik tertentu tiap partikel fluida akan

mempunyai kecepatan sama baik besar maupun arahnya, pada titik yang lain suatu

partikel mungkin mempunyai kecepatan yang berbeda aliran lunak seperti ini

terjadi pada aliran yang pelan, kecepatan yang berubah dari titik ke titik disebut

aliran turbulen. Aliran laminer tidak dapat di anggap tanpa pusaran sama sekali,

tetapi aliran laminar mempunyai gerak translasi dan rotasi pada bagian pusatnya

dan kecepatan sudutnya merupakan harga yang rill. Gerak fluida di dalam suatu

pipa aliran harus sejajar dengan dinding tabung, meskipun besar kecepatan fluida

dapat berbeda dari satu titik ke titik lain di dalam pipa.

B. Tujuan

Menghitung besarnya bilangan Reynold pada suatu aliran air.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Persamaan untuk tahanan kekentalan atau gaya hambat linear cocok untuk

partikel atau objek berukuran kecil yang sedang bergerak melalui sebuah fluida

pada kecepatan yang relatif pelan dimana tidak terdapat turbulen (contohnya

bilangan Reynolds yang rendah, Re < 1).[5] Dalam kasus ini, gaya hambat kira-kira

sebanding dengan kecepatan, tapi arahnya berlawanan. Persamaan untuk tahanan

kekentalan adalah:[6]

Keterangan:

= sebuah konstanta yang tergantung pada sifat-sifat fluida serta dimensi

objek, dan

= kecepatan objek.

Saat sebuah objek jatuh dari tumpuan, kecepatannya akan menjadi

yang secara asimtotik mendekati kecepatan terminal . Untuk

sebuah tertentu, objek yang lebih berat jatuh lebih cepat.

Untuk kasus spesial dimana objek berbentuk bola yang kecil bergerak

perlahan-lahan melalui sebuah zalir (fluida) kental (dan dengan begitu pada

bilangan Reynolds yang kecil), George Gabriel Stokes membuat sebuah rumus

untuk tetapan gaya hambat,

Keterangan:

= radius Stokesnya partikel, dan adalah viskositas fluida.

Sebagai contoh, bayangkan sebuah bola kecil berjari-jari = 0,5

mikrometer (diameter = 1.0 µm) yang sedang bergerak melalui air pada kecepatan

10 µm/s. Menggunakan 10−3 Pa·s sebagai viskositas air dalam satuan SI,

ditemukan bahwa gaya hambatnya 0,09 pN. Ini mengenai gaya hambat yang

dialami bakteri yang berenang di air.

Bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya

viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan

suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan

jenis aliran yang berbeda, misalnya laminer dan turbulen. Aliran laminer adalah

aliran yang bergerak dalam lapisan–lapisan atau lamina–lamina, tukar menukar

momentum secara molekuler saja. Aliran turbulen mempunyai gerakan partikel–

partikel fluida yang sangat tidak menentu, dengan saling tukar menukar

momentum dalam arah melintang. Namanya diambil dari Osborne Reynolds

(1842–1912) yang mengusulkannya pada tahun 1883.

Aliran fluida dalam pipa, berdasarkan besarnya bilangan Reynold

dibedakan atas aliran laminar, turbulen, dan aliran transisi. Aliran laminar adalah

aliran yang bergerak dalam lapisan-lapisan atau lamina-lamina, tukar menukar

momentum secara molekuler saja. Dalam hal ini, jika nilai Re kecil, aliran akan

meluncur di atas lapisan lain. Peninjauan dengan pesawat pezometer yang

dipasangkan pada sebuah pipa dengan aliran zat cair yang laminar akan

menunjukkan tekanan ynag tetap. Jadi aliran laminar adalah beraturan untuk

tinggi kenaikan yang tetap stasioner(Suharto, 1991).

Aliran turbulen mempunyai gerakan partikel-partikel fluida yang sangat

tidak menentu atau aliran-alirannya tidak terdapat garis edar tertentu yang dapat

dilihat, dengan saling tukar menukar momentum dalam arah melintang.

Laminer Re < 2100 Laminer Re > 4000

Gambar 1. Aliran Laminer dan Turbulen

Pada pipa :

- Aliran Laminer terjadi jika Re < 2100

- Aliran Turbulen terjadi jika Re > 4000

Kondisi 2100 < Re < 4000 aliran ini diklasifikasikan sebagai aliran transisi.

Saluran tertutup bilangan Reynolds dinyatakan sebagai berikut :

Re=VDϑ

Keterangan : V = kecepatan rata-rata aliran.

l = panjang karakteristik (m).

h untuk aliran terbuka.

D untuk aliran tertutup.

ϑ = viskositas kinematik (m2/detik).

Reynold membedakan aliran laminar dan aliran turbulen menurut kecepatan

alirannya yang disebut dengan kecepatan kritis dari Reynold melakukan

percobaan-percobaan dimana kecepatan kritis Reynold sebanding dengan

viskositas kenematisnya (υ) dan berbanding terbalik dengan diameter pipanya.

Vcr = K .

υd

Dimana K adalah konstanta kesebandingan, tanpa satuan yang harganya sama

untuk semua zat cair dan gas pada setiap penampang pipa. Ini berarti bahwa

perubahan dalam aliran mengambil tempat pada setiap perbandingan tertentu

antara kecepatan, diameter dan kekentalan.

K =

Vcr . dυ

Dimana K ini disebut angka kritis dari Reynold dan biasanya dinyatakan sebagai:

Recr =

Vcr . dυ

Menurut Reynold, bahwa dengan percobaan- percobaannya Recr ini sekitar 2300.

untuk aliran khusus angka reynold dinyatakan:

Re =

V . dυ

Sifat pokok aliran serta posisi relatifnya ditunjukkan oleh bilangan

Reynold. Persamaan yang lebih umum, yang memperhitungkan viskositas telah

dikembangkan dengan menyertakan tegangan geser. Eksperimen dari seseorang

peneliti didapatkan bahwa ada 4 faktor yang menentukan apakah suatu aliran

bersifat laminar atau turbulen. Kombinasi dari empat faktor ini disebut bilangan

Reynold, NR dan didefinisikan dari:

NR =

ρ vDη

dengan ρ adalah rapat massa fluida, v kecepatan rata-ratanya, η viskositas, dan D

adalah garis tengah pipa.

Bilangan Reynold adalah bilangan tanpa dimensi, sehingga harganya tidak

tergantung pada sistem satuan yang dipakai. Hasil- hasil eksperimen menunjukkan

bahwa jika suatu aliran harga bilangan reynold adalah antara 0 dan 2000, maka

aliran tersebut bersifat laminar, sedangkan di atas 3000 aliran bersifat turbulen

dan untuk bilangan reynold antara 2000 dan 3000 terdapat daerah transisi, aliran

dapar berubah keadaan dari laminar menjadi turbulen atau sebaliknya.

III. METODOLOGI

A. Alat

1. Selang

2. Penggaris

3. Stop watch

4. Alat penguji

5. Tempat penampung air

B. Bahan

1. Air

2. Tinta

B. Cara Kerja

1. Alat penguji aliran fluida dipasang dengan benar.

2. Tabung penguji (no.2) diisi dengan air sampai penuh. Tinta dimasukkan ke

dalam tabung (no.1).

3. Kran air dibuka dengan mengaturnya, untuk mengalirkan air dalam tabung

penguji (no.2). Katup yang terpasang dibawah tempat tinta (no.3) dibuka

untuk mengalirkan tinta. Katup diatur, agar aliran tinta pada saat kran air

dibuka penuh dan tidak penuh dapat dibedakan (membentuk benang atau

tidak).

4. Aliran tinta dalam pipa diamati. Apakah membentuk benang, atau tinta

bercampur dengan air.

5. Aliran air yang keluar dari kran no.4 ditampung untuk mengetahui debit (Q)

dan dicatat lama proses penampungan tersebut (t).

6. Percobaan dilakukan sampai 2 kali.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

1. Percobaan 1

t = 10 detik (aliran kecil)

V = 640 ml = 0,64 L = 0,64 x 10-3 m3

2. Percobaan II

t = 15 detik ( aliran kecil)

V = 1460 ml = 1,46 L = 1,46 x 10-3 m3

3. Kecepatan Aliran (v)

Diameter = 0,0023 m

Panjang = 1 m

Luas pipa (A) = 4,15 x 10-4 m2

v1 =

Volumeairyangditampung(V 1 )At

=

0 ,64 .10−3

4 .15 x10 .10

= 0,154m/detik

v2 =

Volumeairyangditampung(V 2 )At

=

1 , 46 .10−3

4 ,15 .10 . 15

= 0,234m/detik

4. Bilangan Reynold

Vrata-rata =

v1+v2

2

= 0,154 +0,234

2

= 0,194m/s

Re =

ρV rata−rata D

μ =

1000 kg /m3 .0 ,194m /det ik . 0 , 023m1 , 519 Ns/m2

= 2,937 (Transisi)

B. Pembahasan

Aliran dalam zat cair di dalam pipa dapat diklasifikasikan menjadi dua

jenis aliran yaitu aliran laminar dan aliran turbulen.

1. Aliran laminer

Aliran laminar terjai bila zat cair bergerak pada tempat yang berlapis-lapis

tanpa terjadi fluxtuasi kecepatan. Bentuk stream line ditentukan oleh bentuk

dari pipa dimana zat cair mengalir. Dalam aliran laminar yang melalui pipa

lurus dengan penampang yang beraturan maka seluruh stream line merupakan

garis- garis lurus yang sejajar dengan sumbu pipa. Pada aliran laminar tidak

terdapat perubahan pemindahan bagian zat cair dan zat cair dalam keadaan

beraturan (tidak tercampur). Pada suatu saat aliran laminar tidak dapat

dianggap sebagai aliran yang tanpa olakan (pusaran) sama sekali. Kerena

walaupun didalam aliran tidak dapat dijunjukkan tanda-tanda adanya pusaran,

tetapi aliran laminar mempunyai gerak translasi dan rotasi pada bagian

pusatnya dan kecepatan sudutnya merupakan harga yang rill.

2. Aliran turbulen

Aliran disebut turbulen bila zat cair mengalir dengan kecepatan dan

tekanan yang berfluktuasi. Garis stream line hanya mendekati saja dan di tukar

dengan bentuk kanalnya. Gerak zat cair tidak teratur dan garis-garis aliran

merupakan lengkungan tegak(Suharto, 1991).

Aliran fluida yang dilakukan pada praktikum ini merupakan aliran fluida

dalam pipa. Hasil dari perhitungan data yang diperoleh didapat nilai Re sebesar

2,937. Dilihat dari hasil yang didapat dalam perhitungan maka nilai R =

laminer yang berarti aliran tersebut adalah aliran laminer. Hasil dari

perhitungan bilangan Reynold diatas telah dapat menunjukkan jenis aliran yang

terjadi. hal tersebut dapat dilihat dari hasil perhitungan nilai Re dari hasil

pengukuran, dimana semua nilai Re dari percobaan 1 dan 2 nilainya kurang

dari 2000. Berdasarkan referensi jenis alirannya dibedakan menjadi 3 yaitu

aliran laminer, aliran transisi, dan aliran turbulen. Aliran laminer terjadi jika Re

< 2100, aliran trasisi terjadi jika 2100 < Re < 4000, dan aliran turbulen terjadi

jika Re > 4000 (Suharto, 1991).

Kesimpulan yang dapat diambil bahwa hasil pengamatan secara sederhana

melalui pengamatan pergerakan aliran tinta dan hasil perhitungan didapat hasil

yang sama yaitu aliran yang terjadi pada praktikum ini adalah aliran laminer.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Bilangan Reynold (Re) merupakan perbandingan gaya-gaya yang disebabkan

oleh gaya inersia, gravitasi, dan kekentalan (viskositas). Bilangan Reynold

digunakan untuk menentukan jenis aliran yang terjadi pada suatu fluida.

2. Aliran laminer terjadi jika Re < 2100, aliran trasisi terjadi jika 2100 < Re <

4000, dan aliran turbulen terjadi jika Re > 4000. Dilihat dari hasil yang

didapat dalam perhitungan maka nilai Re < 2100.

3. Hasil pengamatan secara sederhana melalui pengamatan pergerakan aliran

tinta dan hasil perhitungan didapat hasil yang sama yaitu aliran yang terjadi

pada praktikum ini adalah aliran laminer

B. Saran

Sebaiknya ini alat yang digunkan untuk untuk praktikum ini dilihat dulu

kesiapannya agar praktikum tidak menunggu untuk praktikum. Alat untuk

praktikim ini juga diperbanyak.

DAFTAR PUSTAKA

Halliday,D & Resnick,R. 1990. Fisika jilid 1. Erlangga. Jakarta.

Kartasapoetra, A.G. dan Sutedjo Mulyani. 1986. Teknologi Pengairan Pertanian. Penerbit Bina Aksara. Jakarta.

Suharto. 1991. Dinamika dan Mekanika untuk Prguruan Tinggi. Rineka Cipta. Jakarta.

Sutrisno, 1996. seri fisika dasar. Mekanika. ITB. Bandung.

REVISI