7/24/2019 RESUME-KULIAH-MEKANIKA-FLUDIA-Aerya.pdf

1/4

Jenis aliran fluida berubah-ubah sesuai dengan sistem yang mengelilinginya. pipa sendiri merupakan

sebuah sistem tertutup, yang apabila diasumsikan fluida terisolasi dalam sistem pipa maka kita akan

dapat men jabarkan analisis kualitatif dan kuantitatif dari aliran fluida tersebut.

Untuk dapat mendapatkan besaran variabel (kecepatan, debit, dsb), maka kita harus memiliki suatu

besaran yang konstant sebagai acuan, dalam konteks aliran fluida (dan bahkan di sistem apapun) kita

memiliki Energiyang tidak pernah musnah, dalam artian, jumlah total energi tidak pernah berubah,

energi tidak musnah dan tidak diciptakan, ia hanya berubah bentuk. Secara matematis :

) Dari sinilah kita bisa memanfaatkan Prinsip Bernoulli yang melibatkan konservasi energipotensial

dalam aliran tidak viskos yang tidak mampu mampat.

Prinsip Bernoulli atau yang biasa kita kenal sebagai Persamaan Bernouli secara matematis ditulis

sebagai berikut:

Dimana:

adalah kecepatan fluida dalam arus (m/s)

adalah percepatan gravitasi (m/s2

)adalah ketinggian fluida dari titik referensi, positif

searah gravitasi (m)

adalah tekanan di titik yang ditentukan (Pa)

adalah massa jenis di seluruh titik fluida (kg/m3)

Persamaan di atas jelas memiliki dimensi tekanan, namun dengan memberikan pembagi berat jenis (maka persamaan diatas bisa juga ditulis sebagai berikut:

Pada pertemuan lalu, kelas kami sempat berdiskusi

mengenai soal no 8.20, soal ini melibatkan jenis

manometeryang menggunakan prinsip Bernoulli. Soal

ini melibatkan beberapa perhitungan, yaitu Bilangan

Reynold(Re):

dimana Dh

adalah diameter pipa (m), karena fluida.

untuk menentukan jenis aliran, kemudian tinggi (h)

dan kemudian prinsip manometer yang merupakan

turunan dari persamaan Bernoulli:

ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA

RESUME KULIAH MEKANIKA FLUDIA

7/24/2019 RESUME-KULIAH-MEKANIKA-FLUDIA-Aerya.pdf

2/4

Dalam soal ini, ditemukan bahwa fluida memiliki perbedaan

tekanan di sepanjang aliran arus. Salah satu rekan kami

kemudian menyatakan hal itu idak mungkin dengan mengutip

persamaan Bernoulli.

Mari kita kembali ke persamaan Bernoulli

Memang benar, tekanan di awal sama dengan tekanan di akhir.

Pada saat fluida mengalir, hal itu terjadi karena ada kerja, dan saat ada kerja maka menurut hukum

termodimanika I, maka akan ada panas. Namun rupa-rupanya Prinsip Bernoulli ini tidak megacuhkan

faktor disipasi panas! Pada persamaan ini di asumsikan bahwa hilangnya panas bisa diabaikan karena

sangat kecil, nah maka persamaan Bernoulli dapat ditulis ulang dengan memperhitungkan panas

menjadi sebagai berikut:

dengan h adalah panas yang terdisipasi.

Kesimpulannya memang terjadi penurunan tekanan dan kecepatan di sepanjang aliran arus, karena

adanya disispasi panas.

Lapisan Batas dalam Fluida

Di pertemuan berikutnya, kita membahas tentang Lapisan Batas. Analisa gerak aliran fluida umumnya

dapat dibagi menjadi dua bagian yang pengaruh gesekannya besaryaitu di daerah lapisan batas

dan di luarnya adalah aliran yang tanpa pengaruh gesekan.

Pada aliran fluida bergesekan, pengaruh gesekan akan menimbulkan lapisan batas. Lapisan

Batas adalah daerah yang melingkupi permukaan aliran, dimana tepat di bawah lapisan batas

terdapat hambatan akibat pengaruh gesekan fluida dan tepat di atas lapisan batas aliran fluida

adalah tanpa hambatan, sehingga untuk menganalisa pengaruh gesekan fluida, penting untuk

diketahui konsep tentang lapisan batas tersebut. Lapisan batas juga bisa disebut sebagai pemisah

antara aliran viskos dan non viskos. Viskositas sendiri ditentukan dari tegangan geseryang terjadi antara

fluida dan penampang permukaan. Lebih jauh aliran yang mengalir pada suatu penampang

mengalami diferensiasi kecepatan terhadap perubahan ketinggiannya,atau secara matematis:

Lapisan batas pada aliran internal akan berkembang terbatas sampai dapat meliputi seluruh

penampang aliran fluida dan hanya terjadi pada daerah di

sekitar lubang masuk aliran sehingga pada umumnya dapat

diabaikan dan aliran dianggap seragam. Namun pada aliran

eksternal pertumbuhan lapisan batas tidak terbatas sehingga

umumnya pembahasan perkembangan lapisan batas menjadi

sangat penting. Pada disamping ditampilkan perkembangan

lapisan batas pada aliran internal dan aliran eksternal. Padagambar tersebut skala sumbu y jauh lebih besar dari sumbu x

7/24/2019 RESUME-KULIAH-MEKANIKA-FLUDIA-Aerya.pdf

3/4

untuk memperoleh gambar yang lebih jelas, karena lapisan tersebut sangat tipis.

Dari gambar terlihat bahwa untuk aliran internal, fluida pada saat bergesekan dengan permukaan

solid, akan mulai membentuk lapisan batas. Lapisan batas ini akan berkembang terus sampai suatu

panjang tertentu yang disebut sebagai panjang masukan (entrance length) kemudian lapisan batas

tidak dapat berkembang lagi (Fully developed flow).

Adapun pada aliran dalam pipa, terdapat karateristik yang berbeda dibandingkan pada pelat datar.

kita akan meninjau bagian pipa dekat penampang masuk, dimana profil kecepatannya masih

berkembang (developing) dengan jarak dari penampang masuk. Disini pola alirannya bukan merupakan

pola aliran yang setimbang atau terkembang penuh. Sebagai contoh, bila lubang masuk pipa terletak

pada suatu tangki atau reservoir, profil kecepatan awal pada penampang pipa akan terbentuk seragam,

dan fluida mengalir ke arah hilir dan mengalami perubahan profil kecepatan sampai gaya-gaya

gesekan telah memperlambat fluida di dekat dinding dan profil kecepatan akhir (yang terkembang

penuh) dicapai.

Pada daerah masuk, fluida dekat tengah-tengah pipa tampaknya tidak dipengaruhi oleh gesekan,

sedangkan fluida dekat dinding telah dipengaruhi oleh gesekan. Daerah dimana efek gesekan terlihat

dengan jelas disebut lapisan batas. Sewaktu fluida ke hilir, lapisan batas ini tumbuh dan akhirnya

memenuhi seluruh pipa.

Yang akan kita perhatikan selanjutnya adalah lapisan batas yang tumbuh, yang belum terkembang

sempurna. Pada ujung depan (leading edge) dari pelat profil kecepatan fluida masih seragam, akan

tetapi mengalami perubahan dalam arah hilir. Mula-mula waktu lapisan batas masih tipis, aliran di dalam

7/24/2019 RESUME-KULIAH-MEKANIKA-FLUDIA-Aerya.pdf

4/4

lapisan ini bersifat laminar. Tetapi waktu lapisan batas ini telah tumbuh dan mencapai suatu tebal tertentu,

maka aliran dapat bersifat turbulen.

Kriteria transisi adalah bilangan Reynolds yang disini didasarkan atas jarak dari ujung depan pelat

dan kecepatan aliran bebas uo. Setelah transisi berlangsung, aliran pada sebagian besar lapisan batas

bersifat turbulen, akan tetapi harus ada sesuatu sub lapisan laminar dekat dinding. Analisa lapisan batas

pada dasarnyadapat berhasil bila lapisan tersebut tipis dibandingkan dengan dimensi-dimensi yangpenting seperti misalnya jarak dari ujung depan pelat. Syarat ini umumnya dipenuhi bila bilangan Reynolds

melebihi angka 104. Di luar lapisan batas, aliran dapat dianggap tidak viskos dan dapat dianalisa

berdasarkan anggapan tersebut. Berikut adalah rentang nilai Bilangan Reynold yang menetukan tipe

aliran:

laminar Re < 2300

transient2300 < Re < 4000

turbulentRe > 4000

Perlu ditambahkan, diffensiasi dan perhitungan lapisan batas sebelumnya sangat sulit dilakukan sebelum

ditemukannya Computational Fluid Dynamics.Dengan adanya CDF, lapisan batas menjadi mungkin dihitung dan dapat divisualisasikan dengan baik. Berikut adalah salah satu contohnya:

Pada gambar diatas lapisan turbulent bisa di visualisasikan dengan contour warna yang bisa memberikan

gambaran distirbusi tipe aliran. Di gambar pesawat diaatas lingkaran merah jambu menandakan lapisan

batas. CFD memnungkinkan konsep lapisan batas lebih mudah dipahami.Analisis lapisan batas ini antara lain bisa di gunakan aplikasinya dalam bidangengineering, terutama

pada bidangAeronauticalatau penerbangan.

Dalam dua pertemuan ini kami telah belajar sifat-sifat fluida dalam pipa dan memahami konsep lapisan

batas dengan baiik, semoga ilmu yang kami dapatkan bisa dimanfaatkan untuk diri sendiri dan orang lain

di kemudian hari.