Fluid Flow

Posted on October 21, 2009 by gammaaj

Aliran Laminar dan Turbulen

Fluida dapat bergerak dalam dua cara berbeda. Dalam Aliran Laminar, semua molekul di dalam fluida bergerak secara paralel terhadap yang lainnya dalam arah yang sama. Dalam Aliran Turbulen, molekul dalam fluida bergerak ke segala arah tetapi tetap memiliki arah aliran yang relatif sama.

Untuk mengindikasikan aliran laminar dan turbulen, digunakanlah bilangan Reynold (Reynold’s Number). bilangan ini diperoleh dengan menghubungkan 1) kelajuan fluida (u), 2) rasio antara kerapatan dan viskositas fluida (v), dan panjang khas (l, diameter pipa atau kedalaman fluida dalam channel terbuka).

Re = ul/v

Ketika bilangan Reynold menunjukan angka yang rendah (kurang dari 500), maka aliran fluida dalam pipa dan channel akan laminar. Jika bilangan Reynold menunjukkan angka tinggi (lebih dari 2000) maka aliran yang terjadi akan berupa aliran turbulen. Dengan meningkatnya kelajuan, aliran fluida akan semakin trubulen dan akan terjadi transisi dari aliran laminar menuju ke aliran turbulen.

Fluida dengan viskositas rendah, seperti angin, akan turbulen pada kelajuan aliran yang rendah. Aliran air hanya laminar jika dalam kelajuan yang sangat rendah atau kedalaman yang sangat rendah. Aliran laminar muncul pada es yang bergerak (gletser), aliran lava, aliran debris karena ketiganya memiliki viskositas yang cukup besar dibanding air.

Perpindahan Partikel dalam Fluida

Partikel dalam berbagai bentuk dapat tertransportasikan dalam tiga cara.

Rolling

Pertama, partikel bergerak dengan cara menggelinding sepanjang dasar dari fluida. Partikel ini terus-menerus mengalami kontak dengan permukaan dasar. Mekanisme seperti ini disebut sebagai mekanisme menggelinding (rolling).

Saltation

Kedua, partikel bergerak dengan cara melompat-lompat, secara periodik partikel meninggalkan dasar dan kemudian kembali jatuh ke dasar. Mekanisme ini disebu saltation.Yang menyebabkan partikel terangkat ke atas adalah efek Bernaulli.

Suspension

Kemudian yang ketiga, partikel bergerak dengan cara terus mengambang dalam fluida. Hal ini disebabkan oleh aliran turbulen yang mendorong partikel ke arah atas. Mekanisme ini disebut sebagai mekanisme suspension.

Mekanisme Rolling dan Saltation termasuk ke dalam mekanisme bedload. Sedangkan mekanisme Suspension sering disebut mekanisme Suspended Load.

transport mechanism

Sumber gambar : http://www.belmont.sd62.bc.ca/

Beberapa faktor dapat mempengaruhi pergerakan dari partikel dalam aliran trubulen.

Dengan bertambahnya kelajuan, energei kinetik yang lebih besar akan menyebabkan partikel-partikel meninggalkan dasar dan bergerak secara saltation.
Peningkatan turbulensi juga menyebabkan energi ke atas yang menyebabkan partikel dalam keadaan suspension.
Partikel dengan massa yang lebih besar membutuhkan energi lebih besar pula untuk mengangkatnya ke kondisi saltation dan suspension.
Partikel dengan permukaan lebih besar dibandingkan dengan massanya akan membutuhkan waktu lebih lama untuk tenggelam. Partikel ini akan lebih mudah tersuspensi.

Ukuran Butir dan Kelajuan Aliran

Energi yang dibutuhkan untuk membawa partikel akan meningkat dengan meningkatnya massa partikel tersebut. Ini juga berlaku untuk energi yang mengangkat mereka ke atas. Pada kelajuan aliran sedang, butiran pasir akan tersaltasi, granule bergulir, dan pebbels tak bergerak. Dengan bertambahnya kelajuan, gaya yang bekerja pada partikel juga bertambah. Sehingga butiran pasir akan tersuspensi, granule akan tersaltasi, dan pebble akan bergulir. Hubungan sederhana seperti ini berlaku pada butiran kasar. Untuk butiran halus, mekanismenya akan lebih kompleks.

Diagram Hjulstrom

Diagram Hjulstrom menunjukkan hubungan antara kelajuan aliran air dengan ukuran butir. Diagram ini di tunjukkan oleh Hjulstrom pada tahun 1939. Ada dua garis utama dalam diagram ini. Garis yang di bawah menunjukkan hubungan kelajuan aliran dan partikel yang telah berada dalam keadaan bergerak. Kemudian yang atas menunjukkan kelajuan yang dibutuhkan untuk menggerakkan partikel yang berada dalam keadaan diam.

Pada bagian kanan kedua garis tampak lebih sejajar dibandingkan dengan yang di sebelah kiri. Garis atas menunjukkan kelengkungan dibanding dengan garis di bawah. Ini menunjukkan bahwa, dalam keadaan diam, partikel seperti clay dan silt membutuhkan kelajuan yang lebih besar dibandingkan pasir untuk dapat digerakkan oleh aliran. Hal ini disebabkan oleh sifat dari mineral lempung yang adhesif. Sekali mineral-mineral lempung ini terendapkan, maka mineral-mineral ini akan salin menempel. Hal inilah yang menyebabkan partikel-pertikel lempung lebih sulit terangkut.

Diagram Hjulstrom