Osborne Reynolds [PDF]

Citation preview

OSBORNE REYNOLDS



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



OSBORNE REYNOLDS BAB I PENDAHULUAN 1.1.



Latar Belakang Fluida merupakan zat cair yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan



terhadap permukaan bentuk ketika ditekan. Fluida dapat bersifat cair, gas ataupun padat. Tanpa disadari setiap hari kita pasti pernah melihat aliran air seperti air sungai, air selokan, air yang melucur/air terjun dan aliran air dalam pipa, ada yang alirannya cepat dan ada juga yang lambat. Namun kita tidak pernah berfikir bagaimana terjadinya aliran tersebut. Ada Tiga faktor yang bisa mempengaruhi keadaan aliran yaitu kekentalan zat cair, rapat massa zat cair ρ (rho) dan diameter pipa. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi pangan, berbagai jenis makanan yang berbentuk gel maupun cairan telah banyak diproduksi dan beredar di masyarakat. Bahan dan produk pangan cair (fluida) dapat diklasifikasikan berdasarkan kekentalannya dan kemudahannya untuk mengalir. Secara umum, produk pangan cair akan mengalir dan tidak mengalami disintegrasi apabila ada gaya yang mengenainya. Air, susu, minuman ringan dan jus buah adalah contoh produk pangan yang encer dan mudah mengalir, sedangkan kecap, madu, susu kental manis, coklat cair dan saos adalah contoh produk pangan yang kental dan iebih sulit untuk mengalir dan memerlukan gaya untuk mengalirkannya. Sifat kekentalan dan kemudahan mengalir merupakan dua sifat fisik penting yang sering digunakan untuk mengevaluasi karakteristik produk pangan cair. Oleh karena itu, dilakukannya praktikum ini adalah untuk mempelajari aliran yang melalui pipa kapiler, dan untuk mengetahui arti aliran laminar dan turbulen dan menentukan kecepatan transisi antara kedua aliran. 1.2.



Rumusan Masalah



1. Bagaimana cara pengamatan visual dan mengklarifikasi tipe aliran berdasarkan pola gerak cairan? 2. Bagaimana cara menghitung dan mengklasifikasi sifat aliran secara teoritis? 1.3.



Tujuan



1. Untuk mengetahui cara pengamatan visual dan mengklarifikasi tipe aliran berdasarkan pola gerak cairan



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



2. Mengetahui cara menghitung dan mengklasifikasi sifat aliran secara teoritis.



1.4.



Manfaat



1. Mahasiswa mampu melakukan praktikum Reynold. 2. Mahasiswa mengerti tujuan dilakukannya praktikum Reynold. 1.5.



Batasan Masalah



1. Dapat mengamati secara visual tipe aliran pada praktikum reynold. 2. Dapat menghitung parameter yang dibutuhkan untuk mengidentifikasikan tipe aliran secara teoritis. 1.6.



Waktu dan Lokasi Praktikum Hari, Tanggal



: Rabu, 25 oktober 2017



Pukul



: 13.00-Selesai



Tempat



: Lab. Hidrolika Diploma Sipil ITS



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bagian ini akan dilakukan beberapa tahap pengukuran yang meliputi: 1.Menghitung debit air. 2.Menghitung bilangan reynolds.



2.1 Menghitung debit air Perhitungan besarnya debit yang mengalir menggunakan gelas ukur, dalam selang waktu tertentu. V



Q = t Dimana : Q = debit aliran air (cm3/s) V = Volume air ( cm3 ) T = waktu pengukuran ( detik )



1.2 Menghitung bilangan Reynolds Bilangan Reynolds adalah suatu bilangan tak berdimensi yang menunjukkan suatu sifat aliran, dimana bilangan tersebut merupakan kelompok tak berdimensi dari parameter – parameter fluida yaitu kecepatan krakterisitik, panjang karakteristik, dan viskositas kinematik. Hubungan dari parameter tersebut adalah



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



VD



Angka Reynolds (Re) = ѵ Gaya Inersia Kekentalan Kinematik Dimana : V = kecepatan ( cm/s ) ѵ = Viskositas ( mm2/s ) D = diameter (cm)



Bilangan reynolds mempunyai makna antara lain sebagai perangkat untuk membedakan sifat aliran laminer, trasnsisi atau turbulen. 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 dimana pertukaran momentum terjadi akibat difusi molekuler saja. Kecenderungan ke arah ketakstabilan dan turbulensi diredam habis oleh gaya geser viskos yang memberikan tahanan terhadap gerakan relatif lapisa – lapisan fluida yang bersebelahan. Namun aliran turbulen mempunyai gerakan partikel partikel yang sangat tak menentu, dimana pertukaran momentum dalam arah melintang menjadi besar sebagai akibat dari difusi turbulen. Sifat pokok aliran yakni laminer, turbulen serta posisi relatifnya pada skala yang menunjukkan pentingnya secara relatif sifat aliran baik laminer atau turbulens dengan bilangan reynolds. Dengan nilai klasifikasi sebagai berikut : R



> 4000



Sifat aliran turbulen



2000



< R < 4000



Sifat aliran transisi



R



< 2000



Sifat aliran laminer



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



Sifat aliran fluida di dalam pipa dapat dibedakan menjadi : 1. Aliran Laminer, yaitu kondisi aliran dengan garis-garis aliran mengikuti jalur yang sejajar sehingga tidak terjadi percampuran antar bidang-bidang geser fluida.



Zat pewarna (tinta) Lintasan gerak partikel



Gambar : Aliran Laminer 2. Aliran turbulen, yaitu kondisi aliran dengan garis-garis aliran yang saling bersilangan sehingga terjadi percampuran antara bidang-bidang geser di dalam fluida.



Zat pewarna (tinta)



Lintasan gerak partikel



3. Aliran transisi, yaitu kondisi aliran peralihan dari aliran laminer menjadi aliran turbulen, atau dari turbulen menjadi laminer.



Lintasan gerak partikel



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



Zat pewarna (tinta)



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



BAB III METODE PELAKSANAAN 3.1 Alat dan Bahan



Gambar 1. Osborne Reynolds Apparatus



Gambar 2. Stopwatch



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



Gambar 3. Gelas Ukur



Gambar 4. Termometer



Gambar 5. tinta



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



Gambar 6. Air



3.2 Prosedur Praktikum a. Air dialirkan dengan debit tertetu = Q b. Amati profil pada pipa kaca alat Osborne Reynolds, dengan cara mengamati bentuk gerakan dari zat warna (tinta). Atur bukaan kran sehingga diperoleh jenis aliran laminer , aliran transisi dan aliran turbulen. c. Menghitung debit air yang mengalir dari alat Osborne Reynolds , dengan cara mengukur volume air di dalam gelas ukur pada selang waktu tertentu. d. Percobaaan



diulang sebanyak 9 kali dengan mengambil data untuk masing-



masing sifat aliran : -



Aliran Laminer 3 kali



-



Aliran Transisi 3 kali



-



Aliran Turbulen 3 kali



Sehingga letak y diukur relative pada posisi ini.



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



BAB IV ANALISA DATA 4.1 Menghitung Angka Reynolds. Pada praktikum ini kami melakukan pengujian sebanyak 9 kali yaitu tiga kali tiap tipe alirannya dan menggunakan alat Reynolds dengan data sebagai berikut : Diameter pipa : 1,5 cm Luas



: 1,77 cm2



T



: 25°



Konversi



: 10−6







Kekentalan Kinematik (v) v=



μ = [1,14 - 0,031 (T°-15) + 0,00068 (T ° −15)2] 10−6 ρ



= [1,14 - 0,031 (25°-15) + 0,00068 (25°-15)2] 10−6 =0,00898 *sumber : Robert J. Kadoatie; Hidrolika Terapan







Angka Reynolds (Re) =



VD Gaya Inersia = ѵ Kekentalan Kinematik



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



Data praktikum : Volume



waktu tampung



Luas



Pengamatan Aliran



(cm3)



(s)



(cm)



laminer/transisi/turbulen



NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9



28 21,68 1,77 28 20,13 1,77 28,8 21,2 1,77 62 3,11 1,77 102 4,05 1,77 98 4,97 1,77 130 2,08 1,77 154 2,38 1,77 138 2,26 1,77 Tabel1 : Data Praktikum Osborne Reynolds



Laminer Laminer Laminer Transisi Transisi Transisi Turbulen Turbulen Turbulen



Data Perhitungan Hasil praktikum : Debit



Kecepatan



(cm3/s)



(cm/s)



NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9



Angka Reynolds



Aliran laminer/transisi/turbulen



1,2915 0,7297 121,8822 1,3910 0,7859 131,2671 1,3585 0,7675 128,2030 19,9357 11,2631 1881,3646 25,1852 14,2289 2376,7681 19,7183 11,1403 1860,8499 62,5000 35,3107 5898,2296 64,7059 36,5570 6106,4024 61,0619 34,4983 5762,5181 Tabel2 : Hasil perhitungan Osborne Reynolds



Laminer Laminer Laminer Transisi Transisi Transisi Turbulen Turbulen Turbulen



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



4.2 Contoh Perhitungan 



Debit (1)



Q =



V t



=



28 21,68







Debit (8)



Q =



V t



=



154 2,26







Kecepatan (1)



V=



Q A



=



1,2915 1,77







Kecepatan (8)



V=



Q A



=



64,7059 1,77







Angka Reynolds (Re) (1) =



VD 0,7297 x 1,5 = = 121,8822 (Laminer) ѵ 0,00898







Angka Reynolds (Re) (8) =



VD 36,5570 x 1,5 = 0,00898 = 6106,4024 (Turbulen) ѵ



= 1,2915 cm3/s



= 64,7059 cm3/s = 0,7297



cm/s



= 36,5570



cm/s



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Berdasarkan data-data percobaan dan pembahasan diatas, maka dapat disimpulkan : 1. Besar kecilnya Bilangan Reynolds dapat digunakan untuk menentukan jenis-jenis aliran. 



Aliran Laminer memiliki angka Reynolds : Re < 2000







Aliran Transisi memiliki angka Reynolds : 2000 < Re > 4000







Aliran Turbulen memiliki angka Reynolds : Re < 4000



2. Jenis-jenis aliran yaitu : a) Aliran Laminer, yaitu kondisi aliran dengan garis-garis aliran mengikuti jalur yang sejajar sehingga tidak terjadi percampuran antara bidang-bidang geser fluida. b) Aliran Turbulen, yaitu kondisi aliran dengan garis-garis aliran yang saling bersilangan sehingga terjadi percampuran antara bidang-bidang geser fluida. c) Aliran Transisi, yaitu kondisi aliran peralihan dari aliran Laminer menjadi aliran Turbulen, atau dari Turbulen menjadi Laminer 3. Didapatkan dari praktikum bahwa antara pengamatan aliran praktikum dengan data pengamatan itungan hasil praktikum Osborne Reynolds sama. Percobaan 1 – 3 adalah Laminer, Percobaan 4 – 6 adalah Transisi, dan percobaan 7 – 9 adalah Turbulen.



5.2 Saran Dibutuhkan ketelitian dan kerjasama antar kelompok



sehingga didapatkan data



yang lebih akurat. Dalam praktikum Osborne Reynolds ini perlu diperhatikan dalam perhitungan antara volume yang di tampung dan ketepatan saat perhitungan waktunya untuk meminimalisir terjadinya kesalahan perhitungsn nilai debitnya.



D4 TEKNIK INFRASTRUKTUR SIPIL FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



LAMPIRAN