LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

BILANGAN REYNOLD

Oleh:Indah Ayuningtyas Wardani

NIM A1H010096

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS PERTANIANPURWOKERTO

2011

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. Ditinjau dari

mekanika fluida, terdapat dua macam aliran yaitu aliran fluida saluran tertutup

dan aliran fluida saluran terbuka. Dua macam aliran tersebut dalam banyak hal

memiliki kesamaan tetapi berbeda satu ketentuan penting. Perbedaan tersebut

adalah pada keberadaan permukaan bebas. Aliran saluran terbuka mempunyai

permukaan bebas, sedangkan aliran saluran tertutup tidak mempunyai permukaan

bebas karena air mengisi seluruh penampang saluran. 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.

B. Tujuan

Menghitung besarnya bilangan Reynold pada suatu aliran air.

II. TINJAUAN PUSTAKA

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. Bilangan Reynold (Re)

merupakan suatu nilai yang dipakai untuk menunjukkan jenis aliran , yaitu aliran

laminar atau turbulen. Untuk aliran didalam pipa, aliran bersifat laminar bila

Re< 2000 dan aliran bersifat turbulen jika Re>2000. Bilangan Reynold

dipengaruhi oleh dimensi saluran, kecepatan aliran, rapat masa dan viskositas dari

fluida yang mengalir. Secara matematis bilangan ini dapat di tulis: (Church, 1986)

Dimana:

ρ = densitas (kg/m3)

μ = viskositas dinamis (N. s/m2)

d = diameter dalam dari saluran (m)

v = viskositas kinematis (m2/s)

γ = berat jenis fluida (N/m3)

Berdasarkan bilangan Reynold-nya, aliran dapat dikelompokkan sebagai

berikut (White, 1986):

0 < Re < 1 = gerak nerayap berlapis yang sangat kental.

1 < Re < 102 = berlapis, sangat tergantung pada bilangan Reynold

102 < Re < 103 = berlapis

103 < Re < 104 = transisi ke aliran turbulen

104 < Re < 106 = bergolak, agak tergantung pada bilangan Reynold

Re > 106 = bergolak

Bilangan Reynolds untk saluran tertutup dinyatakan sebagai berikut :

Dimana :

V = kecepatan rata-rata aliran.

l = panjang karakteristik (m).

h untuk aliran terbuka.

D untuk aliran tertutup.

= viskositas kinematik (m2/detik).

Viskositas kinematis adalah perbandingan antara viskositas dinamis

dengan densitas ( Orianto, 1989).

Dimana :

υ = Viskositas kinematis (m2/det)

μ = Viskositas dinamis (N.s/m2)

ρ = Densitas (kg/m3)

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.

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 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

Untuk kondisi 2100 < Re < 4000 aliran ini diklasifikasikan sebagai aliran transisi.

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 .

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 =

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

REcr =

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

untuk aliran khusus angka reynold dinyatakan:

Re =

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 =

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 dan Bahan

1. Selang

2. Penggaris

3. Stopwatch

4. Alat penguji

5. Tempat penampung air

6. Air

7. 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. Data Pengamatan

a. T1 = 10 detik

b. T2 = 15 detik

c. V1 = 1415 ml = 1.415 L = 1.415 x 10-3 m3

d. V2 = 2700 ml = 2.7 L = 2.7 x 10-3 m3

2. Perhitungan

a. A = ¼ π D2

= ¼ π (0.025)2

= 4.91 × 10-4 m2

b.

= 288.18 × 10-3 m/s

c.

= 366.6 × 10-3 m/s

d. Vrata-rata

= 327.39 × 10-3 m/s

e. Re = =

= 5.39 (Aliran laminer)

B. Pembahasan

Bilangan Reynolds adalah parameter tidak berdimensi untuk menentukan

apakah aliran yang terjadi laminer atau turbulen yang tergantung dari besarnya

bilangan tersebut. Sebuah aliran dikatakan laminer jika fluida bergerak secara

lapisan-lapisan secara teratur atau nilai bilangan Reynoldsnya kurang dari 2000,

(Kreith, 1997). Dan daerah bilangan Reynolds antara 2100 sampai 4000 terjadi

peralihan dari aliran laminer ke aliran turbulen aliran ini disebut aliran peralihan

(transisi). Sedangkan aliran dikatakan turbulen jika fluida bergerak dengan tidak

menentu ditandai dengan timbulnya ulakan-ulakan pada aliran atau nilai bilangan

Reynoldsnya lebih dari 4000, (Kreith, 1997). Untuk mengetahui sifat dari aliran

tersebut laminer atau turbulen ditunjukkan dengan bilangan Reynolds (Re).

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. Pada aliran laminer partikel fluida bergerak pada

lintasan yang halus (smooth) berbentuk lapisan-lapisan dimana satu lapis fluida

bergerak secara smooth diatas lapisan yang lain. Dalam aliran laminer pengaruh

viskositas akan meredam kecenderungan adanya turbulensi (Sudarja, 2002).

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). Pada aliran turbulen partikel fluida

bergerak dalam lintasan yang tidak teratur yang menyebabkan terjadinya

pertukaran momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lain. Pada

aliran turbulen, tegangan geser yang timbul akan relatif lebih besar dari pada

aliran laminer, sehingga kerugiannyapun juga lebih besar. Ciri aliran turbulen

adalah kecepatan aliran yang tinggi, dimensi linear yang besar dan viskositas

fluida yang rendah.

Aliran fluida yang dilakukan pada praktikum ini merupakan aliran fluida

dalam pipa. Aliran pada saat praktikum memperlihatkan aliran laminer, dimana

pada aliran tersebut bentuk aliran berupa garis- garis lurus yang sejajar. Hasil dari

perhitungan data yang diperoleh didapat nilai Re sebesar 5.39. Dilihat dari hasil

yang didapat dalam perhitungan maka nilai Re < 2100 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 nilai Re dari percobaan

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). Hasil yang didapat dari perhitungan bilangan Reynold

lebih akan meyakinkan, karena dari hasil perhitungan aliran yang terjadi pada

praktikum ini berupa aliran laminer dan memiliki kesesuaian dengan aliran yang

terlihat secara langsung.

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. Hasil dari perhitungan data yang diperoleh didapat nilai Re sebesar

5,9.

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.

4. Ada dua macam aliran menurut reynold yaitu:

a. Aliran laminer dengan bilangan reynold Re < Recr < 2100

b. Aliran turbulen dengan bilangan reynold Re > Recr> 2100

B. Saran

Sebaiknya dalam praktikum ini efisiensi waktu diperhatikan dan keaktifan

mahasiswa juga lebih diperhatikan, sehingga mahasiswa benar-benar mendapat

manfaat yang positf setelah melaksanakan praktikum ini. Kemudian dalam

praktikum ini sebaiknya menggunakan alat-alat yang dapat lebih mendukung

terjalannya praktikum karena terdapat sedikit hambatan yang ditemui dalam

melaksanakan praktikum ini yang diakibatkan oleh alat yang kurang mendukung.

DAFTAR PUSTAKA

Harsoyo, B. 1977. Pengelolaan Air Irigasi. Dinas Pertanian, Jawa Timur.

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

Nugroho, Anggun. 2006. Analisis Distribusi Tekanan Fluida Cair yang Melalui Elbow 90° dengan Variasi Jari-jari Kelengkungan dan Kapasitas Aliran Fluida. http://digilib.unnes.ac.id/gsdl/collect/skripsi/archives/HASH900c.dir/doc.pdf. Diakses 27 Mei 2011.

Prayogo, Priyo. 2006. Analisis Variasi Ukuran Diameter Leher (throat) dan Panjang Bagian Konvergen dan Divergen Terhadap Karakteristik Venturimeter. http://digilib.unnes.ac.id/gsdl/collect/skripsi/archives/HASH8693.dir/doc.pdf. Diakses 27 Mei 2011.

Sosrodarsono, S. 1985. Hidrologi Untuk Pengairan.Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta.

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