BAB XI OSBORNE REYNOLDS 11.1 Maksud dan Tujuan 1. 2. 3. 4.
Mengamati jenis-jenis aliran fluida. Menentukan bilangan Reynolds
berdasarkan debit. Mencari hubungan antara bilangan Reynolds dengan
jenis aliran. Mengamati profil parabolic dari aliran laminer.
11.2
Alat & bahan yang Digunakan 1. 2. 3. 4. 5. 6. Pesawat
Osborne Reynolds Tinta Gelas ukur Hp Thermometer 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 pertikelpartikel 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 Gambar 11 1. Sketsa Jenis Aliran
Aliran Turbulen
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 ( )
XI - 2
Re atau Re
U .D .......... .......... .......... .......... ..........
.......... .......... .......... .......... .......... 11.1 ....
4.Q .......... .......... .......... .......... ..........
.......... .......... .......... .......... ..........11.2 . .
.D
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 aliran 7. Katup pengatur 8. Pipa inlet 9.
Pipa pembuang 10. Over Flow visualisasi
Gambar 11 - 2.
Pesawat Osborne Reynolds
XI - 3
11.4.
Prosedur percobaan
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 berubahubah 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
11.4.2.
Flow Chart Prosedur PercobaanMulaiMenyiapkan alat & bahan:
Pesawat Osborne Reynolds Tinta Gelas ukur Thermometer Air
Persiapandan pembuang.
Mengatur alat sehingga kedudukan mendatar, menghubungkan semua
pipa pemberi
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
Proses Pengujian
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. Mengukur kembali temperature pada akhir
percobaan.
Analisa Hasil
Perhitungan bilangan Reynolds : atau
Selesai
Gambar 11 3. Flow Chart Prosedur Percobaan Osborn Reynolds
XI - 5
