Aliran Viscous dalam Pipa

 

Ilmu pengetahuan dan teknologi akan berkembang jika banyak hal yang diteliti dan diamati seiring berjalannya waktu, salah satu proses perkembanganyang memberikan kemajuan adalah berkaitan dengan Mekanika fluida. Mekanika fluida sebagai bagian dari ilmu pengetahuan merupakan salah satu contoh yang perlu mendapat perhatian karena penerapannya luas.

Di kehidupan didunia ini kita semua selalu berhubungan dengan fluida hampir tanpa sadar. Banyak gejala alam yang indah, cantik dan menakjubkan, seperti bukit-bukit dan ngarai-ngarai yang dalam, terjadi akibat gaya-gaya yang ditimbulkan oleh aliran fluida. Semua fluida mempunyai atau menunjukkan sifat-sifat atau karateristik yang penting dalam dunia engineer atau rekayasa.

Dalam pinsip-prinsip mekanika fluida dalam penggunaannya selalu terjadi kerugian energi. Dengan mengetahui kerugian energi pada suatu sistem yang memanfaatkan fluida mengalir sebagai media, akan menentukan tingkat efesiensi penggunaan energi.

Bentuk-bentuk kerugian energi pada aliran fluida antara lain dijumpai pada aliran dalam pipa. Kerugian-kerugian tersebut diakibatkan oleh adanya gesekan dengan dinding, perubahan luas penampang, sambungan, katup-katup, dan belokan pipa .

Untuk mengetahui kehilangan atau kerugian energi dalam instalasi perpipaan yang memanfaatkan fluida mengalir sebagai media, efisiensi penggunaan energi dapat ditingkatkan sehingga diperoleh keuntungan yang maksimal. Salah satu bagian dari instalasi perpipaan yang dapat menyebabkan kerugian-kerugian adalah belokan pipa dengan sudut-sudut tertentu misalnya sudut 45 dan sudut 90

Dalam hal perubahan yang terjadi atau adnya hambatan dalam aplikasi pemipaan variasi aliran memiliki penentu untuk bisa memberikan keterangan lebih detail. Untuk fluida gas sifat aliran dianggap laminer, sedangkan untuk fluida cair dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu:

1. Aliran laminer, aliran dimana fluida dianggap mengalir pada lapisan masing-masing dengan kecepatan konstan atau tetap. Terjadi karena kecepatan aliran rendah, fluida cukup kental, aliran pada lorong sempit dan Re < 2300.

2. Aliran turbulen, merupakan aliran dengan kecepatan tinggi, fluida encer, aliran lorong besar, Re > 4000, aliran bercampur dari lapisan ke lapisan.

Penentuan aliran fluida cair laminer atau turbulen ditentukan oleh Reynolds number (bilangan Reynolds). Teori Reynolds merumuskan bahwa untuk aliran internal (internal flow) atau aliran yang mengalir dalam pipa, jenis aliran yang terjadi dapat diketahui dengan mendapatkan bilangan Reynoldsnya (Raswari, 1986) .

Jenis aliran berdasarkan bilangan Reynolds untuk aliran internal :

1. Re < 2300, aliran adalah laminar

2. Re > 4000, aliran adalah turbulen

3. 2300 < Re < 4000, aliran adalah transisi

Material-material pipa dibagi dua kelas dasar, metal dan nonmetal. Nonmetal pipa seperti kaca, keramik, plastik dan seterusnya. Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di dalam pipa Jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada pipa. Dengan adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan menyebabkan gesekan tambahan. adalah menggunakan sambungan yang berfungsi untuk membelokan arah aliran fluida ke suatu tempat tertentu. Akibat dari gerakan fluida maka dapat menimbulkan atau menghasilkan energy

maka akan didapatkan energi spesifik atau energi per satuan berat fluida (E) sebagai berikut :

E=+Z

Dimana :

V = kecepatan (m/)

g = percepatan gravitasi (m/)

P = tekanan pada cairan (N/)

ρ = massa jenis (kg/)

z = elevasi (m)

Jika aliran tetap/tenang pada suatu fluida ideal yang terletak antara 2 titik pada suatu aliran lanar akan mempunyai energi spesifik yakni E1 dan E2

+Z1 = +Z2 (m)

Gambar 1. Efek bilangan bilangan Reynolds terhadap

koefisien kerugian pada elbow 90o

Sumber: Donald S. Miller (1978)