Perbedaan Aliran Laminar dan Turbulent Pada Mekanika Fluida

Aliran Laminar dan Turbulen Pada Mekanika Fluida

Dalam mekanika fluida kita seringkali mengenal istilah aliran laminar dan aliran turbulen, kedua jenis aliran tersebut mengacu pada gerakan partikel saat bergerak melalui suatu fluida. Gerakan partikel yang trjadi di antara lapisan-lapisan fluida inilah yang menentukan apakah suatu aliran fluida bersifat laminar atau turbulen. Perbedaan antara aliran fluida laminar dan turbulen sangat penting dalam teknik khsusunya dalam bidang mekanika fluida karena jenis aliran memengaruhi bagaimana massa dan panas dari suatu zat ditransfer.

Apa sebenarnya yang membedakan antara kedua jenis aliran tersebut?.

Secara sederhana dapat dikatakan bahwa, aliran laminar adalah ketika setiap partikel fluida mengalir di sepanjang satu jalur yang mulus dan beraturan, dimana partikel-partikel fluida tidak mengganggu aliran partikel satu sama lain atau berpindah antar lapisan. Sedangkan Aliran turbulen adalah saat terjadinya aliran fluida yang tidak teratur, dimana artikel dalam aliran turbulen dapat bergerak secara acak antar lapisan, bercampur dan membentuk pola aliran seperti pusaran air.

Menghitung Aliran Fluida Berdasarkan Bilangan Reynolds

Yang menentukan apakah suatu aliran fluida dikategorikan sebagai aliran laminar atau turbulen adalah Angka bilangan Reynold pada aliran. Bilangan Reynold adalah kalkulasi yang merepresentasikan suatu aliran fluida berdasarkan rasio gaya inersia terhadap gaya viskos.

Berikut persamaan Bilangan Reynolds:

RE = pVD / μ

Dimana :

P : Massa jenis fluida

V : Kecepatan fluida

D : Diameter pipa yang berisi fluida yang mengalir

μ : Koefisien viskositas.

Jika bilangan Reynolds yang terhitung nilainya kurang dari 2300, maka aliran fluida dianggap sebagai aliran laminar. Sedangkan jika bilangan Reynolds yang terhitung lebih besar dari 4000, maka aliran fluida dianggap sebagai aliran fluida turbulen. Sementara terdapat fase perantara di antara kedua aliran laminar dan turbulen yaitu Aliran transisi yang diklasifikasikan sebagai aliran yang terdapat diantara 2300 dan 4000 pada bilangan Reynolds.

Interaksi Antara Aliran Turbulen Dan Laminar

Dalam suatu aliran fluida dapat terjadinya transisi antara aliran turbulen dan laminar. Transisi antara dua jenis aliran yang berbeda tersebut dapat dipengaruhi oleh berbagai variabel yang berbeda.

Perubahan area di mana fluida mengalir dapat dengan mudah mempengaruhi Bilangan Reynold dari fluida yang mengalir. Sebagai contoh, aliran air yang terdapat di dalam pipa berubah aliran saat keran dibuka dan air keluar. Saat air berada di dalam pipa, air berada dalam aliran laminar, namun ketika keran dibuka dan air keluar ke wastafel, air yang menyentuh dasar wastafel akan mengalir secara acak dan tidak beraturan.

Contoh lainnya adalah bagaimana darah yang mengalir di dalam tubuh manusia. Dalam kondisi normal, darah mengalir melalui arteri dan vena tubuh secara laminar. Namun jika saluran pembuluh darah arteri atau vena pengamalami penyumbatan, maka aliran darah tidak dapat mengalir dengan baik sehingga aliran darah mengalir  secara acak dan tidak beraturan, sehingga mengganggu sistem aliran peredaran darah di dalam tubuh.

Perubahan aliran fluida juga dapat dipengaruhi oleh interaksi dengan suatu objek yang bergerak di udara, menyebabkan lapisan fluida bercampur atau menjadi lurus saat bergerak. Misalnya, saat udara yang bergerak di atas sayap pesawat umumnya mengalir secara laminar, sedangkan udara yang terdapat di sekitar pesawat kemungkinan mengalir secara turbulen.

Dalam kasus aliran turbulen efek turbulensi adalah efek umum yang dapat terjadi pada suatu instalasi yang menggunakan terlalu banyak hambatan (restriction), seperti katup atau adaptor yang dikombinasikan dengan kecepatan tinggi dari fluida. Dalam setiap hambatan dalam suatu instalasi, aliran fluida akan terganggu dan kecepatannya akan berubah. Selain adanya hambatan, panjang pipa juga merupakan hal yang perlu diperhatikan dalam mempengaruhi suatu aliran fluida. Karena aliran turbulen membutuhkan waktu untuk menjadi aliran laminar kembali, oleh karena itu penting untuk menggunakan panjang pipa yang tepat.

Aplikasi Aliran Laminar dan Turbulen

Aplikasi nyata untuk aliran fluida laminar mencakup fluida apa pun yang mengalir melalui suatu pipa atau tabung. Hal tersebut karena dimensi tabung atau pipa tetap konstan sehingga volume fluida tidak memiliki peluang untuk berubah. Aliran udara laminar yang mengalir di atas sayap pesawat terbang merupakan salah satu pertimbangan penting saat merancang sayap pesawat. Sayap pesawat seringkali dirancang untuk memastikan udara dapat mengalir secara laminar di atasnya dengan cara yang berlapis-lapis, dan meminimalkan terjadinya aliran turbulensi.

Sedangkan contoh atau aplikasi aliran turbulen yang dapat dengan mudah ditemukan adalah aliran gelombang dan arus yang ditemukan di lautan yang tidak beraturan dan bercampur satu sama lain. Sifat air yang bergolak karena pengaruh panas, dipengaruhi oleh persitwa konveksi pada proses perpindahan panas sehingga menyebabkan fluida bergolak dan menyebabkan aliran turbulen yang tidak beraturan.

referensi :

https://sciencetrends.com/

https://www.physlink.com/

Share :