BAB XI

OSBORNE REYNOLDS

11.1 Maksud dan Tujuan

1. Mengamati jenis-jenis aliran fluida.

2. Menentukan bilangan Reynolds berdasarkan debit.

3. Mencari hubungan antara bilangan Reynolds dengan jenis aliran.

4. Mengamati profil parabolic dari aliran laminer.

11.2 Alat & bahan yang Digunakan

1. Pesawat Osborne Reynolds

2. Tinta

3. Gelas ukur

4. Hp

5. Thermometer

6. Air

11.3 Teori Dasar

Pada tahun 1884 Osborne Reynolds melakukan percobaan untuk

menunjukkan sifat-sifat aliran laminer dan turbulen. Alat yang digunakan terdiri

dari pipa kaca yang dapat melewatkan air dengan berbagai kecepatan. Aliran

tersebut diatur oleh katub A. pipa kecil B yang berasal dari tabung berisi zat

warna C ujungnya yang lain berada pada lubang masuk pipa kaca. Reynolds

menunjukkan bahwa untuk kecepatan aliran yang kecil di dalam pipa kaca, zat

warna akan mengalir dalam satu garis lurus seperti benang yang sejajar dengan

sumbu pipa. Apabila katub dibuka sedikit demi sedikit, kecepatan aliran akan

bertambah besar dan benang warna mulai bergelombang yang pada akhirnya

pecah dan menyebar pada seluruh aliran di dalam air.

Kecepatan rerata pada masa benang warna mulai pecah disebut kecepatan

kritik. Penyebaran dari benang warna disebabkan oleh pencampuran dari pertikel-

partikel zat cair selama pengaliran.

XI - 1

Dari percobaan yang dilakukan oleh Reynolds, dapat disimpulkan bahwa

pada kecepatan kecil, pencampuran tidak terjadi dan partikel-partikel zat cair

bergerak dalam lapisan-lapisan yang sejajar, dan menggelincir terhadap lapisan di

sampingnya. Keadaan ini disebut aliran laminer. Pada kecepatan yang lebih besar,

benang warna lebih menyebar pada seluruh penampang pipa, dan terlihat bahwa

pencampuran dari partikel-partikel zat cair terjadi, keadaan ini disebut aliran

turbulen.

Alat ini merupakan tiruan alat yang dipakai oleh Prof. Osborne Reynolds

(ahli fisika inggris 1842-1912) untuk mengamati sifat-sifat aliran fluida di dalam

pipa bisa dibedakan menjadi:

Aliran laminer

Aliran turbulen

Aliran transisi

Aliran Laminer Aliran Transisi Aliran Turbulen

Gambar 11 – 1. Sketsa Jenis Aliran

Aliran laminer adalah kondisi aliran dengan garis-garis aliran mengikuti

jalur yang sejajar, sehingga tidak terjadi percampuran antara bidang-bidang geser

di dalam fluida. Sedangkan aliran turbulen merupakan kondisi aliran yang saling

bersilangan sehingga terjadi percampuran antara bidang-bidang geser di dalam

fluida. Salah satu kriteria yang menunjukan tingkat turbulensi aliran adalah

bilangan Reynolds (Re) yang didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan

aliran rata-rata (u), diameter karakteristik pipa (D), dan viskositas kinematik

fluida (ϑ )

XI - 2

Re=U .Dϑ

. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. (11.1 )

atau

Re=4 .Qϑ .π .D

. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. . (11.2 )

Bila bilangan Reynolds dari aliran fluida tertentu dalam suatu pipa

nilainya kurang dari 2000, maka aliran yang terjadi adalah aliran laminer,

sedangkan bila lebih dari 4000 maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen.

Apabila suatu fluida dialirkan di antara batas-batas yang tetap, maka

hambatan terhadap gerakan aliran akan mempunyai nilai terbesar pada

permukaan-permukaan batasnya. Hal tersebut akan menyebabkan terjadinya

perlambatan kecepatan partikel fluida pada permukaan batas, sehingga akan

membentuk suatu profil kecepatan pada aliran laminer yang berbentuk parabola

bisa diamati melalui percobaan ini.

Keterangan:

1. Tabung tinta

2. Katup pengatur tinta

3. Sekrup

4. Jarum

5. Inlet

6. Tabung visualisasi

aliran

7. Katup pengatur

8. Pipa inlet

9. Pipa pembuang

10. Over Flow

Gambar 11 - 2. Pesawat Osborne Reynolds11.4. Prosedur percobaan

XI - 3

11.4.1. Langkah Kerja

1. Mengatur alat sehingga kedudukan mendatar, menghubungkan

semua pipa pemberi dan pembuang.

2. Membuka katup pemasukan dan membiarkan air memasuki tangki

penenang. Mengusahakan tercapainya muka air yang constant

dengan membuang kelebihan air melalui pipa pembuang bagian

atas.

3. Mendiamkan air selama 5 menit dan mengukur temperature air

dengan memasukan thermometer kedalamnya.

4. Membuka katup pengontrol aliran sedikit demi sedikit dan

mengatur katup jarum pengontrol zat warna sampai tercapai aliran

lambat dengan zat warna terlihat jelas.

5. Menentukan besar debit yang lewat dengan menampung aliran

lewat pipa pembuangan selama selang waktu tertentu ke dalam

gelas ukur.

6. Mengulangi prosedur di atas untuk debit Q yang berubah-ubah dari

kecil ke besar .

7. Mengerjakan kebalikan proses di atas untuk debit yang berubah-

ubah dari besar ke kecil .

8. Mengamati profil kecepatan, dengan cara menurunkan injector zat

warna ke dalam mulut inlet, dan dalam keadaan tidak ada aliran

membuka katup jarum dari reservoir zat warna dan meneteskan zat

warna ke dalam air. Membuka katup pengontrol aliran lalu

mengamati jenis aliran yang terjadi.

9. Mengukur kembali temperature pada akhir percobaan.

XI - 4

atau

11.4.2. Flow Chart Prosedur Percobaan

Gambar 11 – 3. Flow Chart Prosedur Percobaan Osborn Reynolds

XI - 5

Menyiapkan alat & bahan: Pesawat Osborne Reynolds Tinta Gelas ukur Thermometer Air

M u l a i

S e l e s a i

Mengukur kembali temperature pada akhir percobaan.

Mengatur alat sehingga kedudukan mendatar, menghubungkan semua pipa pemberi

dan pembuang.

Membuka katup pemasukan dan membiarkan air memasuki tangki penenang.

Mengusahakan agar tercapainya muka air yang constant dengan membuang kelebihan

air melalui pipa pembuang bagian atas.

mendiamkan Air selama 5 menit dan mengukur temperature air dengan memasukan

thermometer kedalamnya.

Membuka katup pengontrol aliran sedikit demi sedikit dan mengatur katup jarum

pengontrol zat warna sampai tercapai aliran lambat dengan zat warna terlihat jelas.

Menentukan besar debit yang lewat dengan menampung aliran lewat pipa

pembuangan selama selang waktu tertentu ke dalam gelas ukur.

Mengulangi prosedur di atas untuk debit Q yang berubah-ubah dari kecil ke besar .

Mengerjakan kebalikan proses di atas untuk debit yang berubah-ubah dari besar ke kecil .

Menurunkan injector zat warna ke dalam mulut inlet, dan dalam keadaan tidak ada aliran

membuka katup jarum dari reservoir zat warna dan meneteskan zat warna ke dalam air.

Membuka katup pengontrol aliran lalu mengamati jenis aliran yang terjadi.

Per

siap

anP

rose

s P

engu

jian

Ana

lisa

H

asil