Aliran Fluida [PDF]

Citation preview

Noviarizqoh Nurul Habibah 02311740000089 Mekanika Fluida ALIRAN FLUIDA 1. Aliran Viskous dan Invisid Aliran viskous (Viscous flow) adalah aliran yang dipengaruhi oleh viskositas. Adanya viskositas menyebabkan adanya tegangan geser dan kehilangan energi. Pada aliran ini terjadi gesekan antara fluida dengan dasar/dinding saluran atau pipa. Gambar dibawah ini menampilkan percobaan aliran viskous melalui sebuah pilar berbentuk tabung.



Aliran invisid (Invicid flow) adalah aliran yang tidak dipengaruhi viskositas/kekentalan, sehingga aliran ini tidak memiliki tegangan geser dan kehilangan energi. Dalam kenyataannya aliran fluida ideal tidak ada. Konsep ini digunakan para peneliti terdahulu untuk membentuk persamaan aliran fluida dan pengaplikasiannya di lapangan ditambahkan faktor penyesuaian sesuai kondisi nyata. Gambar dibawah ini mengilustrasikan aliran invisid melalui sebuah pilar berbentuk tabung.



2. Aliran Internal dan External Aliran dalam (internal flow) adalah aliran yang dibatasi oleh benda padat atau aliran yang mengalir melalui saluran tertutup. Contohnya aliran dalam pipa dan sambungan. Pada aliran dalam, gaya yang berperan adalah gaya inersia dan viskositas. Analisis aliran ini memperhitungkan geometri sistem yng berupa dimensi panjang. Selain itu, analisis aliran ini juga memperhitungkan tingkat kekasaran permukaan dalam yang bersentuhan dengan sistem aliran.



Noviarizqoh Nurul Habibah 02311740000089 Mekanika Fluida



Gambar aliran air dalam pipa Aliran luar (External flow) berarti aliran yang dibatasi oleh fluida atau aliran yang melewati benda-benda yang terendam dalam fluida. Contohnya aliran air disekitar kapal selam dan aliran udara disekitar bola golf yang tengah melambung di udara, ataupun aliran udara di sekitar pesawat terbang. Analisis aliran ini memperhitungkan geometri benda, yaitu benda dua dimensi, simetri sumbu, dan tiga dimensi. Selain itu, analisis aliran ini juga mempertimbangkan karakteristik benda, apakah benda tersubut dibuat mulus seperti arur (seperti mobil balap) atau tumpul (seperti parasut).



Gambar aliran udara di sekitar sayap pesawat 3. Aliran Termampatkan dan Tak Termampatkan Aliran termampatkan (Compressible flow) adalah kondisi aliran dimana rapat massa fluidanya dapat berubah karena perubahan tekanan dan temperatur. Contohnya adalah gas. Aliran tak termampatkan (Incompressible flow) adalah kondisi aliran dimana rapat massa fluidanya tidak berubah, kerapatannya konstan terhadap perubahan tekanan. Contoh aliran tak termampatkan adalah air dan minyak. 4. Aliran Laminar dan Turbulen Aliran laminar (Laminar flow) terjadi apabila partikel-partikel fluida bergerak teratur dengan membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan. Aliran laminar mempunyai kecepatan alir yang rendah dengan kekentalan yang besar. Aliran turbulen (Turbulent flow) terjadi apabila partikel-partikel fluida bergerak tidak teratur dan garis lintasannya saling berpotongan. Aliran turbulen mempunyai kecepatan alir yang besar dengan kekentalan yang rendah.



Noviarizqoh Nurul Habibah 02311740000089 Mekanika Fluida Ada bilangan yang bernama bilangan Reynolds yang digunakan untuk mengukur dan menentukan apakah aliran fluida tersebut termasuk laminar, turbulen, atau transisi. 𝑅𝑒 = Dimana : Re 𝜌 U L 𝜇



𝜌𝑈𝐿 𝜇



= Bilangan Reynolds = Massa jenis = Kecepatan aliran fluida = Panjang karakteristik = Viskositas



Transisi dari aliran laminar dan aliran turbulen karena diatas bilangan Reynolds yang tertentu aliran laminar menjadi tidak stabil, jika suatu gangguan kecil diberikan pada aliran, pengaruh aliran ini semakin besar dengan bertambahnya waktu. Suatu aliran dikatakan stabil bila gangguan–gangguan diredam. Ternyata bahwa dibawah bilangan Reynolds yang tertentu aliran pipa yang laminar bersifat stabil untuk tiap gangguan yang kecil. Aliran laminar pada kondisi dimana bilangan Reynolds lebih kecil dari 2300 (>2300) dan turbulen jika bilangan Reynolds lebih besar 4000 (>4000). Dan jika bilangan Reynolds berada diantara 2300 dan 4000 adalah merupakan daerah transisi.



Gambar diatas menunjukkan, Gambar (a) adalah keran air yang dibuka saat awal (bukaan kecil) sehingga air yang mengalir kecepatannya kecil, pada kondisi ini terjadi aliran laminer. Kecepatan air meningkat pada Gambar (b) dan Gambar (c) sehingga aliran air berubah menjadi turbulen. 5. Aliran Tunak dan Tak Tunak Aliran tunak (Steady flow) adalah aliran fluida yang mana kondisi alirannya (kecepatan, tekanan, densitas, dsb) tidak berubah dengan waktu. sebagai contoh pada saat kita membuka kran dengan bukaan kran yang tetap maka aliranya adalah steady flow. Aliran tak tunak (Unsteady flow) adalah aliran yang mana terdapat perubahan kecepatan terhadap waktu dalam aliran tersebut. Sebagai contoh, pada saat kita memutar penutup kran maka air yang mengalir adalah unsteady flow. 6. Aliran Satu, Dua, dan Tiga Dimensi Istilah satu, dua dan tiga aliran dimensi mengacu pada jumlah ruang terkoordinasi yang diperlukan untuk menggambarkan aliran. Tampaknya setiap aliran fisik umumnya



Noviarizqoh Nurul Habibah 02311740000089 Mekanika Fluida tiga dimensi. Tetapi ini sulit untuk dihitung dan membutuhkan penyederhanaan sebanyak mungkin. Hal ini dicapai dengan mengabaikan perubahan mengalir ke arah mana pun, sehingga mengurangi kerumitan. Dimungkinkan untuk mengurangi masalah tiga dimensi menjadi dua dimensi, bahkan satu dimensi sekalipun. Namun dari sisi akurasi, memang aliran 3 dimensi mempunyai tingkat ketepatan paling tinggi dari 2 atau 1 dimensi.



Gambar di atas adalah contoh aliran satu dimensi, dimana aliran digambarkan pada satu bidang saja / dalam satu sumbu koordinat yakni sumbu x.



Gambar di atas adalah contoh aliran dua dimensi, dimana aliran digambarkan pada dua bidang / dalam dua garis sumbu koordinat yakni sumbu x dan y.



Gambar di atas adalah contoh aliran tiga dimensi, dimana aliran digambarkan pada tiga bidang/ dalam tiga garis sumbu koordinat yakni sumbu x, y, dan z.