Laporan praktikum OTK-Bilangan Reynold (Nre)

BILANGAN REYNOLD (NRe)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. 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. Aliran zat cair di dalam pipa dapat diklarifikasikan menjadi dua jenis yaitu liran laminer dan aliran turbulen. 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 todak menentu dengan saling tukar-menukar momentum dalam arah melintang.

Untuk menyatakan gerak fluida adalah dengan mengikuti gerak partikel di dalam fluida. Pada percobaan bilangan reynold ini mempunyai prosedur mengalirkan air kedalam tangki pada laju tertentu dengan membuka kran V2 dan tunggu hingga aliran konstan. Selanjutnya buka kran v1 dan atur laju zat warna hingga tidak mengganggu pada aliran air. Amati pola aliran yang diindikasikan

oleh pola aliran zat warna (turbulen atau laminer). Kemudian ulangi percobaan dengan variasi laju volumetrik air.

Tujuan kami melakukan percobaan bilangan reynold adalah menentukan bilangan reynold (Nre) kritis untuk air yang mengalir secara vertikal berdasarkan pengamatan langsung (observasi visual) dan pengukuran laju alir. Dapat menentukan jenis aliran yang terjadi (aliran laminer atau turbulen).

I.2 Tujuan Praktikum

1. Menentukan Bilangan Reynold kritis untuk fluida yang mengalir secara vertikal dengan berdasarkan pengamatan langsung

2. Untuk pengukuran laju alir suatu aliran

3. Menentukan faktor friksi pada setiap run percobaan

I.3 Manfaat Praktikum

1. Dapat mengetahui faktor-faktor yang berpengaruh pada pola aliran

2. Dapat mengetahui hubungan antara friction loss dengan Nre

3. Dapat mengetahui macam-macam aliran yang terjadi pada percobaan

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Secara Umum

Fluida secara kasar seperti kecepatan cimana akan mengalir dari sebuah lubang pada dinding tangkai air, tapi ini saja tidak cukup untuk menganalisa aliran fluida dalam kapiler dan pipa. Ini karena asal gesekan diabaikan, seperti disepakati fluidanya non viscous. Bila kita menganggap fluida mengalir dalam pipa yang radius R fluida pada radius r mengalir dengan kecepatan berbeda pada fluida dengan radius (r + ∆r). Ini dijelaskan oleh gesekan antara dinding pipa dan fluida terdekat dan gaya gesek internal beraksi antara fluida yang berdekatan. 

Kalau fluida yang mengalir diganti dengan fluida lainnya dengan kerapatan ρ, dan kekentalan µ yang berbeda, penampilandari mesin juga akan terpengaruh. Perlu pula dicatat bahwa untuk mesin-mesin turbo yang menggunakan fluida perkompresi, sifat-sifat fluida lainnya perlu diperhatikan dan

akan dibicarakan ke kemudian. (Royandi, 2011)

Apabila kecepatan suatu fluida yang mengalir dalam sebuah pipa melampaui harga kritik tertentu (yang bergantung pada sifat-sifat fluida dan pada radius pipa), maka sifat aliran menjadi sangat rumit. Di dalam lapisan sangat tipis sekali yang bersebelahan dengan dinding pipa, disebut lapisan batas, alirannya masih laminar. Kecepatan aliran dalam lapisan batas pada dinding pipa adalah nol

dan semakin bertambah besar secara uniform didalam lapisan itu. Sifat-sifat lapisan bata sangat penting sekali dalam menentukan tahanan terhadap aliran, dan didalam menentukan perpindahan panas ke atau dari fluida yang sedang bergerak itu.

Pada aliran lambat, alirannya akan lebih tenang. Pada percobaan reynold jenis aliran diperlihatkan dengan menambahkan zat pewarna pada air yang sedang mengalir dan akan ditemukan bahwa air akan mengalir bersamaan dengan zat warna tersebut dan searah dengan aliran cairan. Apabila kecepatan aliran cepat terlihat bahwa aliran zat warna tenang tersebut akhirnya pecah sampai pada akhirnya pada kecepatan yang sangat tinggi, zat warna ini akan mudah tercampur dengan zat cair yang mengalir.

Bila fluida (dikenal dengan istilah zat alir) mengalir sepanjang suatu permukaan, baik alirannya laminar maupun turbulen, gerakan partikel-partikel di dekat permukaan diperlambat oleh gaya-gaya viskos. Partikel-partikel fluida yang berbatasan dengan permukaan melengket pada permukaan itu dan mempunyai kecepatan nol relatif terhadap batas. Partikel-partikel fluida lainnya yang mencoba untuk meluncur pada partikel-partikel yang disebutkan tadi akan terhambat sebagai akibat interaksi antara fluida yang bergerak secara lebih cepat dan fluida yang bergerak secara lebih lambat, yaitu suatu hal ikhwal yang menyebabkan adanya gaya-gaya geser. Jarak dari tepi depan sampai titik dimana lapisan batas menjadi turbulen disebut panjang kritik. Jarak ini biasanya disebutkan sebagai

suatu besaran tanpa dimensi yang disebut bilangan Reynolds. (Jalal,2013)

Bilangan Reynold merupakan besaran fisis yang tidak berdimensi. 

Bilangan ini dipergunakan sebagai acuan dalam membedakan aliran laminier dan turbulen di satu pihak, dan di lain pihak dapat dimanfaatkan sebagai acuan untuk mengetahui jenis-jenis aliran yang berlangsung dalam air. Hal inididasarka pada suatu keadaan Bahwa dalam satu tabung /pipa atau dalam suatu tempat mengalirnya air, sering terjadi perubahan bentuk aliran yang satu menjadi aliran

yang lainnya. 

Perubahan bentuk aliran ini pada umumnya tidaklah terjadi secara tiba-tiba tetapi memerlukan waktu, yakni suatu waktu yang relatif pendek dengan diketahuinya kecepatan kristis dari suatu aliran. Kecepatan kristis ini pada umumnya akan dipengaruhi oleh usayaran pipa, jenis zat cair yang lewat dalam pipa tersebutTerdapat empat besaran yang menentukan apakah aliran tersebut digolongkan aliran laminier ataukah aliran turbulen. Keempat besaran tersebut adalah besaran massa jenis air, kecepatan aliran, kekentalan, dan diameter pipa. Kombinasi dari keempatnya akan menentukan besarnya bilangan Reynold. Oleh sebab itu, bilangan Reynold, dapat dituliskan dalam keenpat besaran tersebut sebagai berisayat. (Royandi, 2011)

Dalam mekanika fluida, 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 laminar dan turbulen.

Namanya diambil dari Osborne Reynolds (1842–1912) yang mengusulkannya pada tahun 1883. Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling penting dalam mekanika fluida dan digunakan, seperti halnya dengan bilangan tak berdimensi lain, untuk memberikan kriteria untuk menentukan dynamic similitude. Jika dua pola aliran yang mirip secara geometris, mungkin pada fluida yang berbeda dan laju alir yang berbeda pula, memiliki nilai

bilangan tak berdimensi yang relevan, keduanya disebut memiliki kemiripan

dinamis. (Jalal,2013)

Reynold mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran berubah menjadi aliran jenis lain, dan menemukan bahwa kecepatan kritis, dimana aliran lamine  berubah menjadi aliran turbulen, bergantung pada empat buah besaran ; diameter tabung, viskositas, densitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair. Lebih jauh ia menemukan bahwa empat faktor itu dapat digabungkan menjadi satu gugus, dan bahwa perubahan macam aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus itu.

Pengelompokan variabel menurut penemuannya itu adalah :

Gugus variabel tanpa dimensi itu, yang didefinisikan oleh pers. (2-1) dinamakan angka reynold (Reynolds Number) Nre. Gugus ini merupakan salah satu gugus tidak berdimensi yang besarnya tidak tergantung pada satuan yang digunakan.

Pengamatan selanjutnya menunjukkan bahwa transisi dari aliran laminer menjadi aliran turbulen dapat berlangsung pada kisaran angka reynold yang cukup luas. (Mc.Cabe,1995)

Aliran laminer dalam pipa.

Hubungan umum aliran fluida ditunjukkan bahwa langkah yang menentukan dalam penurunan hubungan-hubungan itu adalah berkaitan antara kecepatan lokal u dengan posisi didalam tabung arus, persamaan yang dipakai :

Bentuk persamaan (2-7) itu menunjukkan bahwa dalam aliran laminer, distribusi kecepatan terhadap jari-jari ialah berupa parabola dengan puncaknya terletak pada garis pusat pipa. Distribusi kecepatan itu ditunjukkan sebagai garis putus-putus pada gambar 2.1.

Untuk kecepatan rata-rata menghasilkan persamaan :

Dengan menggunakan persamaan Hagen-Poiseuille ditransformasikan

dengan mengeliminasi  w dan menggantinya dengan menggunakan ΔPs, yaitu dengan bantuan persamaan (2-4) dan mengganti jari-jari pipa dengan menggunakan diameter pipa :

Aliran turbulen dalam pipa.

Dalam aliran turbulen, sebagaimana dalam aliran laminer, gradien kecepatan adalah nol pada garis pusat. Pusaran pada inti turbulen itu biasanya besar, didalam zona transisi kecil, tetapi intensitasnya tinggi. Distribusi kecepatan didalam aliran turbulen biasanya tidak dinyatakan sebagai kecepatan vs jarak, tetapi malah dengan parameter tanpa dimensi yang didefinisikan pada persamaan berikut :

Hubungan antara y, r dan r w , jari-jari tabung adalah :

r w = r + y (2-17)

Sedangkan hubungan antara angka reynold dengan hukum faktor gesek untuk tabung licin, persamaannya adalah :

Faktor-faktor yang mempengaruhi bilangan Reynold pada Transisi dari aliran Laminer dan Turbulen

Gradien tekanan yang diharapkan memperlambat transisi adalah gradien tekanan yang tak diharapkan mempercepatnya. Turbulen arus bebas kekasaran menurunkan bilangan Reynold transisi. Tidak adanya efek pipamenurunkan transisi dalam aliran eksternal. Hisapan yaitu banyak menaikan Re transisi.

Kelengkungan dinding yaitu dimana kelengkungan konveks menaikan Re transisi, kelengkungan konkaf menurunkan Re transisi. Temperatur dinding yaitu dimana dinding dingin menaikan Re transisi. Dinding panas menurunkan Re transisi.

(Nurhalifah,2014)

Sumber :

Jalal.2013.”Bilangan Reynold” Jalalsukron.blogspot.co.id/2013/11/pengukuran bilangan reynold 

Mc Cabe.1995.Operasi Teknik Kimia.Erlangga:Jakarta

Modul OTK.2016.Bilangan Reynold.Program studi teknik kimia UPN“Veteran” Jawa Timur.Surabaya

Nurhalifa.2014.”Satuan Operasi”.Nurhalifahkurnia.blogspot.co.id/2014/12/laporan-praktikum 

Royandi.2011.”Bilangan Reynold” royandi-setiadi.blogspot.co.id/2011/12/laporan-mingguan-satuan-operasi.

Share this post