Aliran Viscous di dalam Pipa
Aliran viscous di dalam pipa. Jet turbulen: Jet air dari pipa adalah turbulen. Struktur kompleks, tidak teratur, dan tidak stabil yang khas dari aliran turbulen terlihat jelas. (Fluoresensi yang diinduksi oleh laser dari pewarna dalam air.) (© P. Dimotakis. Dimotakis, P.E., R.C. Miake-Lye, dan D.A. Papantoniou 1983 Struktur dan Dinamika Jet Turbulen. Fis. Fluida 26(11):3185–3192.)
Pendahuluan
Aliran viscous di dalam pipa. Dalam bab-bab sebelumnya, kita telah membahas berbagai topik mengenai gerakan fluida. Prinsip dasar yang mengatur massa, momentum, dan energi dikembangkan dan diterapkan, bersama dengan asumsi yang cukup ketat, pada berbagai situasi aliran. Pada bab ini, kita akan menerapkan prinsip-prinsip dasar tersebut pada topik tertentu yang penting—aliran fluida tak dapat ditekan dalam pipa dan saluran udara.
Transportasi fluida (cairan atau gas) dalam suatu konduktor tertutup (umumnya disebut pipa jika berbentuk melingkar dan saluran udara jika tidak melingkar) sangat penting dalam operasi sehari-hari kita. Pertimbangan singkat tentang dunia di sekitar kita akan menunjukkan bahwa ada berbagai aplikasi aliran pipa. Aplikasi-aplikasi tersebut bervariasi mulai dari pipa Alaskan yang dibuat manusia dan membawa minyak mentah sejauh hampir 800 mil di seluruh Alaska, hingga sistem alami yang lebih kompleks (dan tentunya tidak kalah penting) yang membawa darah ke seluruh tubuh kita dan udara masuk dan keluar dari paru-paru kita.
Contoh lain termasuk pipa air di rumah kita dan sistem distribusi yang mengirimkan air dari sumur kota ke rumah. Berbagai selang dan pipa membawa fluida hidrolik atau fluida lainnya ke berbagai komponen kendaraan dan mesin. Kualitas udara di dalam gedung-gedung kita dipertahankan pada tingkat yang nyaman dengan distribusi udara yang dikondisikan (dipanaskan, didinginkan, dihumidifikasi, atau di-dehumidifikasi) melalui berbagai pipa dan saluran udara.
Meskipun semua sistem ini berbeda, mekanika fluida yang mendasarinya memiliki karakteristik yang sama. Dalam bab ini, kita akan menjelajahi konsep-konsep dasar yang mendasari aliran fluida dalam pipa, mencakup topik-topik seperti aliran laminar dan turbulen, kerugian tekanan, dan pengukuran aliran. Dengan memahami prinsip-prinsip ini, kita dapat menganalisis dan memprediksi perilaku aliran fluida dalam berbagai sistem pipa, memungkinkan kita untuk mendesain dan mengoptimalkan pipa, saluran udara, dan sistem transportasi fluida lainnya untuk berbagai aplikasi.
Tujuan
Objektif Pembelajaran
Setelah menyelesaikan bab ini, Anda diharapkan dapat:
■ mengidentifikasi dan memahami berbagai karakteristik aliran dalam pipa.
■ mendiskusikan properti utama aliran pipa laminar dan turbulen dan menghargai perbedaannya.
■ menghitung kerugian dalam bagian lurus pipa serta kerugian dalam berbagai komponen sistem pipa.
■ menerapkan persamaan dan prinsip yang tepat untuk menganalisis berbagai situasi aliran pipa.
■ memprediksi laju aliran dalam pipa dengan menggunakan alat pengukur aliran umum.
Prinsip
Prinsip-prinsip yang mengatur gerakan fluida umumnya konsisten, dan tujuan bab ini adalah untuk menyelami proses dasar dalam aliran tersebut. Gambar 8.1 menunjukkan beberapa komponen dasar dari sistem pipa yang lazim, seperti pipa-pipa itu sendiri, fitting untuk menghubungkannya, katup pengatur laju aliran, dan perangkat seperti pompa atau turbin. Meskipun sederhana, sistem pipa memiliki kompleksitas yang signifikan dari sudut pandang analitis.
Analisis “tepat” akan digunakan untuk menjelajahi topik aliran pipa yang paling dasar, seperti aliran laminar dalam pipa lurus dengan diameter konstan. Namun, untuk kasus-kasus yang lebih kompleks, seperti aliran pipa dengan efek viskositas yang signifikan, kombinasi antara data eksperimental, pertimbangan teoritis, dan analisis dimensional sering diperlukan. Pendekatan seperti ini tidak jarang dalam penelitian mekanika fluida, karena seringkali sulit atau bahkan tidak mungkin untuk mengandalkan metode teoritis semata. Aliran pipa yang menjadi fokus bab ini mencerminkan pendekatan analitis yang holistik tersebut.
Materi
Baca juga: Aliran pada Benda Tenggelam