Osborne Reynolds Experiment: Laminar, Transitional, and Turbulent Flow in Pipes, Assignments of Fluid Mechanics

Download Osborne Reynolds Experiment: Laminar, Transitional, and Turbulent Flow in Pipes and more Assignments Fluid Mechanics in PDF only on Docsity!

A G E

A G E

BAB I

OSBORNE REYNOLDS

1.1 Tujuan

1. Mengamati sifat aliran laminer, transisi dan turbulen pada aliran pipa.
2. Membandingkan sifat aliran fluida antara pengamatan secara visual dengan perhitungan berdasarkan bilangan Reynolds.
3. Menghitung koefisien gesek untuk masing-masing jenis aliran laminer dan turbulen. 1.2 Alat yang Dibutuhkan dan Gambar Alat. 1.2.1 Alat – Alat Percobaan  Bangku kerja hidrolik  Alat Osborne Reynolds  Stopwatch.  Gelas ukur 1.2.2 Gambar Alat Percobaaan Gambar 1.1 Alat Percobaan Osborne Reynolds ( Sumber: Laboratorium Hidrolika Fakultas Teknik Universitas Tadulako, 2019)

Reservoir Injeksi Tangki Tinta Kelereng Tintaa Inlet Outlet (^) Pipa A G E ( Tampak Atas ) Gambar 1. 6 Alat Percobaan Osborne Reynolds (Tampak Atas) ( Sumber: File Arsip laporan mekanika fluida tahun, 2017) (Tampak Depan) Gambar 1. 7 Alat Percobaan Osborne Reynolds (Tampak Depan) ( Sumber: File Arsip laporan mekanika fluida tahun, 2017) Jarum Tinta

A G E 1.3 Teori Dasar 1.3.1 Debit Aliran Debit air merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam suatu tempat tiap satu satuan waktu. Aliran air dikatakan memiliki sifat ideal apabila air tersebut tidak dapat dimanfaatkan dan berpindah tanpa mengalami gesekan, hal ini berarti pada gerakan air tersebut memiliki kecepatan yang tetap pada masing-masing titik dalam pipa dan gerakannya beraturan akibat pengaruh gravitasi bumi. Atau debit adalah kecepatan aliran zat cait per satuan waktu. Misalnya debit air sungai Pesanggrahan adalah 3.000 L l detik. Artinya setiap 1 detik air yang mengalir di sungai Pesanggrahan adalah 3.000 L. Untuk dapat menentukan debit air maka kita harus mengetahui satuan ukuran volume dan satuan ukuran waktu terlebih dahulu, karena debit air berkaitan erat dengan satuan volume dan satuan waktu. Untuk menghitung debit aliran dari data volume air yang mengalir selama selang waktu tertentu, dinyatakan dalam hubungan: Keterangan: Q = Debit aliran (cm^3 /s) V = Volume air (cm^3 ) t = Waktu (s) sumber:(http://bahanmasakuliah.blogspot.com) Hubungan antara debit dan kecepatan rata-rata aliran terhadap ukuran penampang pipa: atau Keterangan : Q = Cepat aliran/debit air (cm^3 /s) V = kecepatan fluida (cm/s) A = luas penampang yang dilalui fluida(cm^2 ) Sumber:(http://bahanmasakuliah.blogspot.com)

Q =

V

t Q = v. A v =

Q

A

Q

π D 2

4 Q

π D 2

A G E Keterangan : V = Kecepatan aliran (cm/s) D = Diameter pipa (cm) ϑ (^) =Viskositas Kinetik=0,836.10-6m^2 /s=8,36.10-3cm^2 /s Aliran laminer didefinisikan sebagai aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan-lapisan, atau lamina-lamina, dengan satu lapisan meluncur secara lancar pada lapisan yang bersebelahan. Kecenderungan ke arah ketidakstabilan dan turbulensi direndam habis oleh gaya-gaya geser viskos yang memberikan tahanan terhadap gerakan relatif lapisan-lapisan fluida yang bersebelahan. Sedangkan aliran turbulen mempunyai gerakan partikel yang tidak menentu. Dalam percobaannya, Reynolds menemukan bahwa perubahan dari aliran laminer ke turbulen dalam pipa tidak hanya ditentukan oleh kecepatan (v),

tetapi juga oleh diameter pipa (D) dan viskositas kinematik dari cairan (^ 

).Hubungan ini secara umum dikenal sebagai Bilangan Reynolds (NR). Dari hasil eksperimen yang telah dilakukan Reynolds menunjukan bahwa:  Aliran bersifat laminer bila NR< 2000  Aliran bersifat transisi bila 2000 ≤ NR≤ 4000  Aliran bersifat turbulen bila NR> 4000 Sumber: ( Hidrolika 2 , Bambang triatmodjo, Dr.Ir.CES) 𝑵 𝑹= 𝑫.𝒗

A G E Tabel 1.1 Viskositas Kinematik Air

Suhu Suhu

(°C) (°C)

Viskositas kinematik ()

(10^-6 m²/dtk)

Sumber: (https://www.google.com/search?q=tabel+viskositas+kinematik+air&ie=utf-8&oe=utf- 8&aq=t&rls=org.mozilla:en-US:official&client((((=firefox-a) 1.3.3 Koefisien gesek Akibat adanya gesekan antara fluida dan dinding pipa selama fluida mengalir, maka akan terjadi kehilangan energi. Koefisien gesek (f) pada pipa licin berbeda-beda untuk setiap jenis aliran, yaitu: a. Aliran laminer , menurut Hagen-Poiseuille dan Darcy-Weisbach b. Aliran turbulen, menurut Blasius : Sumber : ( http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CC4QFjAB&url=http%3A %2F%2Fridwan.staff.gunadarma.ac.id%2FDownloads%2Ffiles%2F10075%2FKarakteristik%2BAliran %2BFluida1.pdf&ei=Jc4ZU_HFD4b8rAf6zYCIAw&usg=AFQjCNH2GwOAwg79FKBXTqXIok55Ni6HNw&bvm=bv. 78216,d.bmk&cad=rja ) f =

NR

f =

NR

0,

A G E

5. Menentukan nilai koefisien kinematik dari suhu air yang diperoleh dari tabel viskositas kinematik air
6. Menentukan nilai bilangan Reynolds ( NR )
7. Setelah diketahui nilai NR dari semua jenis aliran, ditentukan jenis aliran secara teoritis dengan syarat: Aliran bersifat laminer bila NR < 2000 Aliran bersifat transisi bila 2000 ≤ NR≤ 4000 Aliran bersifat turbulen bila NR > 4000
8. Menentukan nilai koefisien gesek (f) untuk jenis aliran laminer :
9. Menentukan nilai koefisien gesek (f) untuk jenis aliran turbulen :

NR =

D. v ❑ f =

NR

f =

NR

0,

A G E 1.7 Analisa Grafik 1.7.1 Aliran Laminer Hubungan antara f dan NR

• Grafik hubungan antara f dan NR diperoleh dengan menghubungkan titik 2,3, 4, dan 5 sedangkan titik 1 di abaikan.
• Grafik berbentuk kurva terbuka ke atas.
• Dari grafik diketahui bahwa hubungan f dan NR adalah berbanding terbalik, dimana semakin kecil nilai f maka semakin besar nilai NR 1.7. 2 Aliran Turbulen Hubungan antara f dan NR
• Grafik hubungan antara f dan NR diperoleh dengan menghubungkan titik 1, 2, 3, 4, 5, 6 dan 7
• Dari grafik hubungan antara f dan NR diperoleh grafik berbentuk linear
• Dari grafik diketahui bahwa hubungan f dan NR adalah berbanding terbalik, dimana semakin kecil nilai f maka semakin besar nilai NR

A G E d) Dari tabel hasil percobaan di atas dapat di simpulkan bahwa hasil pengamatan secara visual dengan hasil perhitungan sesuai dengan bilangan Reynolds. 1.8.2 Saran

- Pengaturan debit sebaiknya dilakukan dengan teliti sehingga dapat dibedakan dengan jelas antara laminer, turbulen, dan transisi. - Sebelum melakukan percobaan, terlebih dahulu alat yang digunakan harus dikalibrasi. Ketelitian dalam melakukan praktikum sangat mempengaruhi keakuratan data yang dihasilkan. - Ketelitian dalam melakukan praktikum sangat mempengaruhi keakuratan data yang dihasilkan, untuk itu dibutuhkan kerjasama yang baik dalam satu kelompok.