Aliran Laminar dan Turbulen dalam
Pipa
Aliran
fluida dapat dibedakan menjadi aliran laminar dan aliran turbulen, tergantung
pada jenis garis alir yang dihasilkan oleh partikel-partikel fluida. Jika
aliran dari seluruh partikel fluida bergerak sepanjang garis yang sejajar
dengah arah aliran (atau sejajar dengan garis tengah pipa, jika fluida mengalir
di dalam pipa), fluida yang seperti ini dikatakan laminar.
Fluida laminar
kadang-kadang disebut dengan fluida viskos atau fluida garis alir (streamline).
Kata laminar berasal dari bahasa latin lamina, yang berarti lapisan atau plat
tipis. Sehingga, aliran laminar berarti aliran yang berlapis-lapis.
Lapisan-lapisan fluida akan saling bertindihan satu sama lain tanpa bersilangan
seperti pada Gambar 2.5 (atas).
Jika
gerakan partikel fluida tidak lagi sejajar, mulai saling bersilang satu sama
lain sehingga terbentuk pusaran di dalam fluida, aliran yang seperti ini
disebut dengan aliran turbulen, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5 (bawah).
Karakteristik struktur aliran internal (dalam pipa)
sangat tergantung dari kecepatan rata-rata aliran dalam pipa, densitas,
viskositas dan diameter pipa. Aliran fluida (cairan atau gas) dalam pipa
mungkin merupakan aliran laminer atau turbulen. Perbedaan antara aliran laminar
dan turbulen secara eksperimen pertama sekali dipaparkan
oleh Osborne Reynolds pada tahun 1883. Eksperimen itu dijalankan dengan
menyuntikkan cairan berwarna ke dalam aliran air yang mengalir di dalam tabung
kaca. Jika fluida bergerak dengan kecepatan cukup rendah, cairan berwarna akan
mengalir di dalam sistem membentuk garis lurus tidak bercampur dengan aliaran
air, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.6 (a).
Pada kondisi seperti ini, fluida masih mengalir secara
laminar. Jadi pada prinsipnya, jika fluida mengalir cukup rendah seperti
kondisi eksperimen ini, maka terdapat garis alir. Bila kecepatan fluida
ditingkatkan, maka akan dicapai suatu kecepatan kritis. Fluida mencapai
kecepatan kritis dapat ditandai dengan terbentuknya gelombang cairan warna.
Artinya garis alir tidak lagi lurus, tetapi mulai bergelombang dan kemudian
garis alir menghilang, karena cairan berwarna mulai menyebar secara seragam ke seluruh
arah fluida air, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.6 (b).
Perilaku ketika fluida mulai bergerak secara acak (tak
menentu) dalam bentuk arus-silang dan pusaran, menunjukkan bahwa aliran air
tidak lagi laminar. Pada kondisi seperti ini garis alir fluida tidak lagi lurus
dan sejajar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 (b).
Menurut Reynold, untuk membedakan apakah aliran itu
turbulen atau laminar dapat menggunakan bilangan tak berdimensi yang disebut
dengan Bilangan Reynold
FAKTOR GESEKAN PADA ALIRAN LAMINER
- Faktor gesekan untuk laminer dapat dihitung seara analisis
- Profil kecepatan aliran laminer dalam pipa dianalisa dengan mempertimbangkan elemen fluida pada waktu
- Setiap bagian fluida hanya mengalir sepanjang garis-jejak paralel terhadap dinding pipa dengan kecepatan konstan meskipun partikel tetangga memiliki kecepatan yang sedikit berbeda
- Kecepatan bervariasi dari satu garis-jejak ke yang berikutnya dan ini dikombinasikan dengan viskositas fluida, sehingga menghasilkan tegangan geser
FAKTOR GESEKAN PADA ALIRAN TURBULEN
•
Tidak bisa dihitung secara analitis
•
Tergantung pada bilangan Reynold dan kekasaran
relatif
•
Harus ditentukan secara empiris (grafik,
tabel, persamaan empiris)
•
Faktor
gesekan pada aliran turbulen dipengaruhi oleh kekasaran relatif dari pipa
