BILANGAN REYNOLDS (Reynolds Number) dan LAPISAN BATAS (Boundary Layer)

Flow in Pipe (Aliran dalam pipa)

Dasar-dasar perhitungan aliran dalam pipa

1.     Tipe Aliran

Ada beberapa jenis tipe aliran fluida yang dapat dikategorikan sebagai berikut

1.      Aliran Laminar

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan-lapisan, atau lamina-lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar. Dalam aliran laminar ini viskositasnya berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relative antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hokum viskositas Newton yaitu :

2.      Aliran transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen

3.      Aliran Turbulen

Aliran diman pergerakan dari partikel-partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata di seluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian-kerugian aliran

2.     Bilangan Reynolds

Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Namanya diambil dari Osborne Reynolds (1842–1912) yang mengusulkannya pada tahun 1883.
Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling penting dalam mekanika fluida dan digunakan, seperti halnya dengan bilangan tak berdimensi lain, untuk memberikan kriteria untuk menentukan dynamic similitude. Jika dua pola aliran yang mirip secara geometris, mungkin pada fluida yang berbeda dan laju alir yang berbeda pula, memiliki nilai bilangan tak berdimensi yang relevan, keduanya disebut memiliki kemiripan dinamis.
Rumus bilangan Reynolds umumnya diberikan sebagai berikut:

Misalnya pada aliran dalam pipa, panjang karakteristik adalah diameter pipa, jika penampang pipa bulat, atau diameter hidraulik, untuk penampang tak bulat.

Dilihat dari kecepatan aliran, dapat diasumsikan/dikategorikan laminar bila aliran tersebut mempunyai bilangan Re kurang dari 2000, untuk aliran transisi berada pada bilangan Re 2000 dan 4000 biasa juga disebut sebagai bilangan Reynold kritis, sedangkan aliran turbulen mempunyai bilangan Re lebih dari 4000.

3.     Lapisan Batas (Boundary Layer)

Misalkan fluida dating dari sebelah kiri dengan kecapatan tak terhingga, kurang lebih profil kecepatan alirannya seperti ditunjukkan gambar diatas. Cara membacanya adalah, garis profile tersebut merupakan gabungan dari beberapa titik sehingga membentuk garis profile. Pada titik paling atas, nilai kecepatan aliran fluida (u) nya adalah sebesar 0,99 kali nya kecepatan fluida tak hingga yang masuk ari sebelah kiri. Kecepatan pada titik atas lebih besar dari titik bawah mengalami loses akibat gesekan dengan dinding. Diatas titik tersebu, nilai kecepatannya adalah tak hingga. Dengan definisi tersebut, kita akan kesulitan menganalisanya jika kecepaatan aliran yang masuk juga tak hingga, maka boundary layer tersebut dibatasi menjadi 0.99 kali.

Sekarang kita akan mengembangakan konsep boundary layer tersebut menjadi boundary layer fully developed. Gambar diatas adalah profil kecepatan fluidadari gabungan boundary layer bagian atas dan bagian bawah. Artinya boundary layer fully developed adalah perkembangan penuh dari boundary layer. Pada awalnya profil kecepatan aliran akan membentuk katakanlah berbentuk trapezium, dan pada akhirnya profil kecepatan akan berubah menjadi kurang lebih setengah lingkaran. Untuk meninjau kecepatan aliran fully developed kita gunakan persamaan Hagen-poiseulli