Percobaan Osborne Reynolds

ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah pertama untuk mengamati karakteristik aliran air fluida dalam pipa, yang mungkin laminar atau turbulen aliran dengan mengukur bilangan Reynolds dan perilaku aliran, kedua untuk menghitung kisaran untuk laminar dan aliran turbulen, dan yang terakhir untuk membuktikan bilangan Reynolds adalah bilangan tanpa dimensi dengan menggunakan rumus bilangan Reynolds. Untuk tujuan pertama dan kedua, itu melibatkan menjalankan peralatan Obsorne Reynolds dengan memvariasikan debit air. Dalam percobaan ini kita menset waktu, yaitu 5 detik untuk mengumpulkan jumlah air. Pada saat yang sama kita juga mengamati karakteristik aliran, ada laminar, transisi dan juga aliran turbulen. Dari data yang dikumpulkan kami membuat perhitungan untuk memeperkirakan rentang untuk laminar dan aliran turbulen. Untuk membuktikan bahwa bilangan Reynolds tanpa dimensi, kita juga menghitung menggunakan unit saja dan menggunakan rumus yang tepat, terbukti bahwa bilangan Reynolds adalah bilangan tanpa dimensi.

INTRODUCTION Aliran yang benar-benar dibatasi oleh permukaan padat disebut aliran internal (aliran dalam ). Demikian juga aliran internal yang meliputi mengalir melalui pipa, saluran, nozel, diffusers, katup, dan alat kelengkapan. Aliran ini dapat berupa laminar atau turbulen. Obsorne Reynolds (1842-1912) adalah orang pertama yang membedakan antara aliran laminar dan turbulen dan mengukur ketika aliran beralih dari salah satu aliran ke rezim yang lain. Peralatan terdiri dari reservoir yang dimasukan ke dalam pipa transparan dengan panjang tertentu. Laju aliran melalui pipa dikendalikan oleh katup di pintu keluar dari pipa, kemudian dengan memasukkan pita tipis pewarna akan terlihat jenis aliran. Dalam mekanika fluida dan perpindahan panas, bilangan Reynolds, adalah tanpa berdimensi. ℜ=

ρ . V .d µ

Adalah sebuah bilangan yang memberikan ukuran rasio gaya inersia (ρ.V) sedang untuk gaya viskositas (µ/D) dan akibatanya menjumlahkan kedua kepentingan relative dari kedua jenis kekuatan untuk diberikan sebagai kondisi aliran. Bilangan Reynolds sering timbul saat melakukan analisis tanpa dimensi cairan dinamika dan masalah perpindahan panas. Mereka juga digunakan untuk mengakarakteristikan rezim/jenis aliran yang berbeda, seperti laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar terjadi pada angka Reynolds rendah, dimana kekuatan viscositas (kekentalan) yang lebih dominan, dan ditandai dengan aliran yang halus, gerakan fluida konstan, sedangkan aliran turbulen terjadi pada angka Reynolds yang tinggi dan didominasi oleh gaya inersia, yang cenderung menghasilkan pusaran dengan kondisi acak, vortisitas dan fluktuasi aliran dll.

TUJUAN EKSPERIMEN Tujuan dari melakukan eksperimen ini adalah : - Untuk mengamati karakteristik aliran fluida dalam pipa, yang mungkin laminar atau turbulen dengan mengukur jumlah Reynolds dan perilaku aliran. - Untuk menghitung range (daerah bentangan) untuk laminar dan turbulen. - Untuk membuktikan bilangan Reynolds adalah bilangan tanpa dimensi dengan menggunakan rumus :



ℜ=

ρ . V .d µ

TEORI

Keterangan : (a) laminar, (b) transisi, dan (c) turbulen Bilangan Reynolds menetapkan bahwa transisi dari laminar ke turbulen terjadi pada nilai tertentu dari property dimensi, yang disebut bilangan Reynolds : ℜ=

ρ . V .d µ

Dimana :

V=Q/A ρ = densitas fluida d = diameter µ = viskositas v = laju aliran kecepatan rata-rata Q = debit

A = luas pipa (cross sectional) Bilangan Reynolds dapat digunakan untuk menentukan apakah aliran laminar, transisi, atau turbulen, aliran adalah : - Laminar ketika Re < 2300 - Transisi ketika 2300 < Re < 4000 - Turbulen ketika Re > 4000 Dengan transporatsi fluida minyak dan air jarak jauh, pemahaman yang menyeluruh tentang aliran dalam pipa diperlukan. Dalam aliran melintasi pipa, efek viskositas menjadi penting dan perilaku lapisan batas harus diperhitungkan. Di pintu masuk dari pipa yang boundary layer sangat tipis sehingga aliran di daerah ini dapat dianggap inviscid kecuali dekat dinding pipa. Namun ketika aliran dalam pipa bergerak turun, ada ketebalan lapisan batas (entrence region) sampai aliran itu memenuhi penampang pipa keseluruhan. Aliran berkembang penuh 9fully develop) itu akan terjadi ketika seluruh penampang telah dipengaruhi oleh lapisan batas. Konsep aliran laminar adalah suatu aliran dimana lapisan fluida meluncur diatas satu sama lain dalam sebuah pola garis lurus yang berlapis-lapis, lapisan yang satu tidak menabrak lapisan yang lain. Dalam pipa aliran itu adalah murni aksial dan setelah aliran sepenuhnya menjadi berkembang, profil kecepatan menjadi independen dari koordinat sepanjang arah aliran. Stabilitas aliran laminar dapat dengan mudah dilihat pada percobaan klasik Reynolds pada aliran viskos dimana pewarna disuntikan ke dalam aliran air yang melalaui pipa transaparan. Bentuk seperti benang dari pewarna bergerak menunjukan perilaku laminar. Setelah meningkatnya kecepatan air, gerakan berfluktuasi pewarna akan terlihat, menunjukan transisi ke aliran tidak stabil. Pada kecepatan yang lebih tinggi benang pewarna menjadi bercampur dengan cairan, fluktuasi kecepatan radial menjadi

tidak beraturan ditambahkan di atas gerakan aksialnya dan aliran ini dikatakan menjadi turbulen.

PERALATAN YANG DIGUNAKAN Obsorne Reynolds apparatus : - Bell mounted glass tube (length ~790mm, diameter~16mm) (gelas ukur) - Syiringe (Jarum Suntik ) - Rubber hose (Bantalan karet) - Nosel - Valve controller (katube pengontrol) - Rubber sealant (seal karet) - Glass rod (selang plastic) - Drain flow (saluran air) - Red bye (pewarna) - Water flow (air yang mengalir) - Reservoir (bak penampung air)

PROSEDUR PERCOBAAN 1. Isi bak penampung sampai penuh

2. 3. 4. 5.

Atur sudut bukaan katup (mengatur velve) Hitung debit air yang masuk ke gelas hitungan per 5 detik Suntikan pewarna ke dalam selang Amati visualisasi aliran dalam selang apakah aliran tersebut termasuk ke

6. 7. 8. 9.

dalam (Laminer, Transisi, atau Turbulen) Data direkam atau visualisasi aliran didokumentasikan (foto) Langkah 1~6 diulang dengan sudut bukaan katup yang berbeda Valve dikembalikan seperti semula Bersihkan peralatan-peralatan praktikum yang telah selesai digunakan

ANALISA DATA 1. Gambar plot dari debit (Q) terhadap sudut buka katub. 2. Sket hubungan antara Reynolds Number dengan sudut bukaan katub.

3. Buatkan diagram batang karakteristik aliran dari percobaan ini (Re → Buka katub)