Bab 2 Osborn Reynold

Percobaan Osborne-Reynold

BAB II PERCOBAAN OSBORNE – REYNOLDS II.1

TUJUAN PERCOBAAN

1.

Menghitung besarnya bilangan Reynolds (Re) untuk menentukan macam aliran yang (laminer, transisi atau turbulen) dalam pipa percobaan.

2.

Mengamati profil kecepatan (berbentuk parabola) pada aliran dalam pipa percobaan.

II.2

ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

1.

Pesawat Osborne – Reynolds (O – R) SKET PESAWAT PERCOBAAN OSBORNE – REYNOLDS

Gelas Tinta Over Flow Bola Pemecah Energi

Stop Kran Pengurasan Gelas Ukur 2.

Termometer

3.

Stopwatch

4.

Gelas ukur

5.

Tampungan air dengan stop kran

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

3

Percobaan Osborne-Reynold

6.

Cairan berwarna yang berat jenisnya kurang lebih sama dengan berat jenis air dalam pesawat O–R.

II.3

TEORI

1.

Macam Aliran a. Aliran Laminer Adalah suatu aliran dimana gaya kekentalan relatif sangat besar dibanding dengan gaya kelembaman, sehingga aliran dipengaruhi oleh kekentalan. Dalam aliran ini, partikel-partikel cairan bergerak secara teratur menurut lintasan-lintasan arusnya dan berlapis-lapis seolah-olah lapisan yang satu menggelincir di atas lapisan yang lainnya. Pada aliran laminer bila kecepatan aliran dipercepat dengan memperbesar debit air yang mengalir, maka aliran akan berangsur bersifat turbulen. Distribusi kecepatan akan mengikuti bentuk parabolik dengan kecepatan maksimum terjadi pada sumbu pipa yang besarnya dua kali lebih besar dari kecepatan rata-rata. b. Aliran Turbulen Adalah suatu aliran dimana gaya kelembaman relatif sangat besar dibanding dengan gaya kekentalan sehingga aliran dipengaruhi oleh kelembaman. Dalam aliran ini, partikel-partikel cairan bergerak pada lintasan yang tidak teratur atau pada lintasan sembarang. Pada aliran turbulen terjadi pusaranpusaran sehingga aliran mendapatkan hambatan dari gesekan dan tumbukan antar partikel cairan itu sendiri. Distribusi kecepatannya lebih uniform daripada aliran laminer. Tegangan geser pada aliran turbulen dipengaruhi oleh viskositas dan gerak turbulensinya. c. Aliran transisi Adalah aliran yang berada diantara aliran laminer dan turbulen yang merupakan suatu aliran peralihan yang biasanya sulit untuk diamati kelakuannya.

2.

Bilangan Reynolds (Re) Adalah suatu bilangan/angka untuk menunjukkan perbedaan antara aliran

laminer dan turbulen yang didapat dari suatu percobaan dengan menggunakan

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

4

Percobaan Osborne-Reynold

bermacam-macam jenis aliran dan bermacam-macam diameter pipa yang dilakukan oleh Reynolds, yaitu : Re 

v.d



Re 

atau

4.Q  .d .v

Dimana: Re = Bilangan Reynolds Q = Debit (m3/s) d = Diameter pipa (m) v = Kecepatan rata2 (m/s2)

 = Viskositas kinematik (m2/s) Menurut hasil percobaan yang dilakukan oleh Reynolds menunjukkan : Re < 2000

 adalah aliran laminer

Re > 2800

 adalah aliran turbulen

2000 ≤ Re ≤ 2800  adalah aliran transisi 3.

Faktor Geseran (f ) Geseran yang dimaksud adalah geseran antara cairan dan dinding pipa atau

saluran yang menyebabkan kehilangan energi pada aliran tersebut. Harga faktor geseran berbeda menurut jenis alirannya. Untuk aliran laminer (Re < 2000) f 

64 Re

Dimana: f

= Faktor gesek

Re = Bilangan Reynold Untuk aliran turbulen (Re > 2800), pipa licin : f 

0,316 Re 0, 25

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

5

Percobaan Osborne-Reynold

Untuk aliran transisi (2000 ≤ Re ≤2800) :  1  2,51  2 log   3,7.d f Re . f 

 

atau  

f 

1,325 

   5,74      ln 0,9     3,7.D   Re   

2

Dimana: ε = Tinggi kekasaran dinding pipa (m) 4.

Hubungan antara Faktor Gesek dengan Tegangan Geser f 

8.  .v 2

Dimana:

τ = Tegangan geser (N/m) ρ = Kerapatan air (kg/m3) v = Kecepatan rata-rata dalam aliran (m/s) 5.

Profil Kecepatan Profil kecepatan aliran adalah arus u yang terjadi pada suatu aliran. Kecepatan

garis arus terbesar umax pada pipa terjadi pada sumbunya. a. Aliran Laminer u umax

 r r  0  r  

1/ 7

umax = 2v b. Aliran Turbulen 

r0    r0  r 

u  (1  1,33 f ).v  2,04 f .v. log umax  (1  1,33

f ).v

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

6

Percobaan Osborne-Reynold

II.4

PROSEDUR PELAKSANAAN

1.

Untuk pengamatan aliran maka pesawat O-R dibuat mendatar posisinya sehingga pipa percobaan dalam posisi vertikal.

2.

Alirkan debit dalam pipa percobaan O-R dengan mengatur stopkran yang menghubungkan pesawat O-R dengan tampungan air.

3.

Jaga permukaan air dalam pesawat O-R tetap konstan dengan memasang pipa pembuang kelebihan air.

4.

Tabung zat warna diisi dan selanjutnya ujung injector diturunkan sampai mulut genta bagian atas.

5.

Diamkan air dalam pesawat O-R selama 5 menit kemudian ukur temperatur air dalam pesawat O-R tersebut.

6.

Buka stopkran pada pesawat O-R dengan mengatur besarnya aliran (debit) yang dikehendaki dalam pipa percobaan.

7.

Pengukuran debit yang lewat dalam pipa percobaan dilakukan dengan mengukur volume aliran (m3) yang terjadi dengan menampung air yang mengalir ke dalam gelas ukur selama selang waktu tertentu (detik) dengan menggunakan stop watch.

8.

Alirkan zat warna lewat jarum injector sehingga tampak macam aliran yang terjadi dalam pipa.

9.

Amati dan catat macam aliran yang tejadi dengan indikasi garis arus yang tebentuk oleh zat warna dalam pipa percobaan (aliran laminar atau turbulen).

10.

Ulangi percobaan di atas dengan variasi debit (paling sedikit 15 kali) sehingga akan terlihat macam aliran mulai laminer sampai turbulen.

11.

Untuk pengamatan profil kecepatan maka tutup stopkran pengatur aliran pada pipa percobaaan. Keluarkan zat warna pada mulut genta sampai terjadi tetesan bola zat warna .

12.

Keluarkan injector dari mulut genta kemudian buka stopkran pengatur aliran dalam pipa percobaan .

13.

Amati tetesan bola zat warna dalam pipa percobaan yang mengalami perubahan bentuk menjadi profil paraboloida.

14.

Lakukan pengamatan profil kecepatan ini dengan mengatur bukaan stopkran pengatur aliran dalam pipa sehingga diperoleh aliran laminer atau turbulen.

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

7

Percobaan Osborne-Reynold

SKET DISTRIBUSI KECEPATAN ALIRAN DALAM PIPA

Aliran Laminer

Aliran Transisi

Aliran Turbulen

II.5

TUGAS

1.

Menyatakan jenis aliran yang diamati terhadap besaran bilangan Reynolds dari hasil pengukuran yang dilakukan. Catatan: teoritis menyatakan bahwa untuk aliran laminer besaran Re < 2000 dan turbulen Re > 2800.

2.

Menyatakan hubungan antara bilangan Reynolds dengan faktor gesek (f) dan bilangan Reynolds dengan tegangan geser (τ). Menggambarkan kedua grafik hubungan tersebut.

3.

Menyatakan hubungan antara debit (Q) dengan tegangan geser (τ) dan menggambarkan grafik hubungan tersebut.

4.

Membuat perkiraan profil kecepatan aliran dari hasil percobaan yang dilakukan pada debit-debit yang menyebabkan aliran laminer dan turbulen dengan memakai persamaan-persamaan teoritis.

5.

Beri kesimpulan hasil percobaan yang saudara lakukan

II.6

DATA PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN Suhu air = 28°C, didapat  ρ = 996,0261 kg/m3  = 0,8412.10-6 m2/s D = 0,013 m A = 1,327.10-4 m2

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

8

Percobaan Osborne-Reynold

1.

Pengamatan macam aliran terhadap besaran Bilangan Reynolds  v2  v2  v3   3  

v

No

suhu(⁰C)

V(cm3 )

t (s)

I

28 28

65 61

10 10

28

60

10

28

81

10

28

86

10

28

80

10

28

130

10

28

125

10

28

124

10

28

162

10

28

160

10

28

157

10

28

265

10

28

262

10

28

260

10

28

345

10

28

340

10

28

352

10

28

355

10

28 28

360 355

10 10

28

380

10

28

390

10

28

380

10

28

440

10

28

435

10

28

435

10

28

460

10

28

450

10

28

445

10

28

470

10

28

480

10

28

470

10

28 28

732 725

10 10

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI XII

Q

v t

volume rata2 (m3)

debit (m3/s)

kecepatan (m/s)

jenis aliran pengamatan

Re

jenis aliran teori

f



0,000062

0,0000062

0,04671

laminer

721,870

laminer

0,089

0,024

0,000082

0,0000082

0,06203

laminer

958,613

laminer

0,067

0,032

0,000126

0,0000126

0,09518

laminer

1470,908

laminer

0,044

0,049

0,000160

0,0000160

0,12029

laminer

1859,010

laminer

0,034

0,062

0,000262

0,0000262

0,19764

laminer

3054,365

turbulen

0,043

0,207

0,000346

0,0000346

0,26042

transisi

4024,621

turbulen

0,040

0,335

0,000357

0,0000357

0,26871

transisi

4152,695

turbulen

0,039

0,354

0,000383

0,0000383

0,28880

transisi

4463,177

turbulen

0,039

0,402

0,000437

0,0000437

0,32898

transisi

5084,140

turbulen

0,037

0,504

0,000452

0,0000452

0,34028

transisi

5258,787

turbulen

0,037

0,535

0,000473

0,0000473

0,35661

transisi

5511,053

turbulen

0,037

0,581

0,000731

0,0000731

0,55048

turbulen

8507,203

turbulen

0,033

1,242

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

9

Percobaan Osborne-Reynold

XIII

XIV

XV

XVI

XVII

XVII I

28

735

10

28

740

10

28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28

736 742 745 760 785 782 777 775 805 778 800 377 375 385 400 405 407

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5

2.

0,000739

0,0000739

0,55701

turbulen

8608,110

turbulen

0,033

1,268

0,000763

0,0000763

0,57509

turbulen

8887,543

turbulen

0,033

1,340

0,000778

0,0000778

0,58614

turbulen

9058,308

turbulen

0,032

1,386

0,000794

0,0000794

0,59845

turbulen

9248,478

turbulen

0,032

1,437

0,000379

0,0000758

0,57107

turbulen

8825,447

turbulen

0,033

1,324

0,000404

0,0000808

0,60874

turbulen

9407,600

turbulen

0,032

1,481

Hubungan antara Bilangan Reynolds dan Faktor Gesek, dan Tegangan Geser a.

Bilangan Reynolds dan Faktor Gesek Re 721,870 958,613 1470,908 1859,010 3054,365 4024,621 4152,695 4463,177 5084,140 5258,787 5511,053 8507,203 8608,110 8887,543 9058,308 9248,478 8825,447 9407,600

b.

f 0,089 0,067 0,044 0,034 0,043 0,040 0,039 0,039 0,037 0,037 0,037 0,033 0,033 0,033 0,032 0,032 0,033 0,032

Bilangan Reynolds dengan Tegangan Geser

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

10

Percobaan Osborne-Reynold

3.

4.

Re 721,870 958,613 1470,908 1859,010 3054,365 4024,621 4152,695 4463,177 5084,140 5258,787 5511,053 8507,203 8608,110 8887,543 9058,308 9248,478 8825,447 9407,600

 0,024 0,032 0,049 0,062 0,207 0,335 0,354 0,402 0,504 0,535 0,581 1,242 1,268 1,340 1,386 1,437 1,324 1,481

Q 0,0000062 0,0000082 0,0000126 0,0000160 0,0000262 0,0000346 0,0000357 0,0000383 0,0000437 0,0000452 0,0000473 0,0000731 0,0000739 0,0000763 0,0000778 0,0000794 0,0000758 0,0000808

 0,024 0,032 0,049 0,062 0,207 0,335 0,354 0,402 0,504 0,535 0,581 1,242 1,268 1,340 1,386 1,437 1,324 1,481

Hubungan antara Debit dan Tegangan Geser

Perkiraan Profil Kecepatan Aliran a.

Aliran Laminer

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

11

Percobaan Osborne-Reynold

 0,04671  0,06203  0,09518  0,12029    0,08105 m/s 4  

vla min er  

u max  2.vla min er  2.0,08105  0,1621 m/s

Dimana : u umax

 r r  0  r  

 r0  r   r  

Maka : u  

1/ 7

1/ 7

.u max

ro = ½ d = ½ . 0,013 m = 6,5.10-3 m

Pias r (m)

Faktor r u/umax

u max (m/s)

u di pias r (faktor r.u max)

-0,0065 -0,006 -0,005 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,0065

0 0,6932 0,8110 0,8724 0,9154 0,9488 0,9764 1,0207 1,0000 0,9764 0,9488 0,9154 0,8724 0,8110 0,6932

0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621 0,1621

0,000 0,112 0,131 0,141 0,148 0,154 0,158 0,162 0,158 0,154 0,148 0,141 0,131 0,112 0,000

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

12

Percobaan Osborne-Reynold

b.

Aliran Turbulen uturbulen 

uturbulen 6,088   0,435 m/s  pengama tan 14

u max  (1  1,33.

f ).uturbulen

Dimana : 

f   pengama tan 

f rata  rata  



  0,499  0,036  14 

Maka : u max  (1  1,33 0.036 ).0.435  0,544 m/s ro = ½ d = ½ . 0,013 m = 6,5.10-3 m Dimana kecepatan pada pias r: 

r0    r0  r 

u  (1  1,33 f ).v  2,04 f .v. log

Pias r (m)

Faktor r u/umax

u max (m/s)

-0,0065 -0,006 -0,005 -0,004 -0,003

0 0,6932 0,8110 0,8724 0,9154

0,5441 0,5441 0,5441 0,5441 0,5441

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

u di pias r (faktor r x u max) #DIV/0! 0,3575 0,4374 0,4746 0,4991

13

Percobaan Osborne-Reynold -0,002 -0,001 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,0065

0,9488 0,9764 1,0207 1,0000 0,9764 0,9488 0,9154 0,8724 0,8110 0,6932

0,5441 0,5441 0,5441 0,5441 0,5441 0,5441 0,5441 0,5441 0,5441 0,5441

0,5173 0,5319 0,5441 0,5319 0,5173 0,4991 0,4746 0,4374 0,3575 #DIV/0!

KESIMPULAN

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

14

Percobaan Osborne-Reynold

1. Berdasarkan hasil perhitungan bilangan Re, diperoleh kategori jenis aliran yang berbeda dari hasil pengamatan percobaan pada waktu pelaksanaan praktikum. Hal ini dimungkinkan karena adanya kesalahan pembacaan jenis aliran yang ditunjukkan oleh zat warna pada pesawat Osborne-Reynolds. 2. Geseran (ƒ) terhadap kekasaran dinding pipa mempengaruhi kecepatan aliran sehingga aliran yang berada di tepi (bersentuhan langsung dengan dinding pipa) mempunyai kecepatan yang lebih kecil dibandingkan dengan aliran yang berada di tengah. 3. Semakin besar kecepatan aliran maka bentuk diagram alirannya semakin tumpul. Hal ini berarti kecepatannya makin mendekati merata.

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika (RC 091333)

15