Klasifikasi Aliran Fluida (Fluids Flow Classification) Didasarkan pada tinjauan tertentu, aliran fluida dapat diklasifikasikan dalam beberapa golongan. Dalam ulasan ini, fluida yang lebih banyak dibahas adalah air (incompressible fluids) dan dibagi menjadi 8 golongan antara lain : 1. Aliran yang tak termampatkan dan termampatkan (incompressible and compressible flows) Aliran tak termampatkan adalah kondisi aliran dimana rapat massa fluidanya tidak berubah. Contohnya adalah air,minyak,dll. Aliran termampatkan adalah kondisi aliran dimana rapat massa fluidanya berubah. Contohnya adalah gas. Pada fluida jenis ini berlaku hukum termodinamika. 2. Aliran tunak dan tak tunak (steady and unsteady flows ) Aliran tunak atau aliran permanen (permanent flow) adalah kondisi dimana komponen aliran tidak berubah terhadap waktu. Contohnya adalah aliran di saluran/sungai pada kondisi tidak ada perubahan aliran (tidak ada hujan, tidak banjir, dll). Kondisi tersebut dinyatakan dalam persamaan matematika berikut : jf : perubahan komponen aliran jt : perubahan terhadap waktu f : komponen aliran (viskositas, tekanan, rapat massa, kedalaman, debit, dll.) Aliran tak tunak atau aliran tidak permanen (impermanent flow) adalah kondisi dimana komponen aliran berubah terhadap waktu. Contoh aliran di saluran/sungai pada kondisi ada perubahan aliran (ada hujan, ada banjir, dll) atau aliran yang dipengaruhi muka air pasangsurut (muara sungai di laut). Kondisi tersebut dinyatakan dalam persamaan matematika berikut : Ilustrasi visual untuk kasus sederhana ditampilkan pada gambar di bawah ini 3. Aliran seragam dan tak seragam (uniform and nonuniform flows) Aliran seragam adalah kondisi dimana komponen aliran tidak berubah terhadap jarak. Contoh aliran di saluran/sungai pada kondisi tidak ada pengaruh pembendungan/terjunan, tidak ada penyempitan/pelebaran yang ekstrim. jx : perubahan terhadap jarak Aliran tidak seragam (non-uniform flow) adalah kondisi dimana komponen aliran berubah terhadap jarak. Contoh aliran di saluran/sungai pada kondisi ada pengaruh pembendungan/terjunan, ada penyempitan/pelebaran yang ekstrim. Ilustrasi visual untuk kasus sederhana ditampilkan pada gambar di bawah ini, (a) untuk kondisi aliran seragam dan (b) untuk kondisi aliran tidak seragam
4. Aliran laminer dan turbulen (laminar and turbulent flows) (McDonough, 2009:32) (McDonough, 2009:38) Fenomena aliran jenis ini dapat dijumpai dalam kehidupan sehari hari, aliran air pada keran mungkin yang paling sering kita jumpai. Gambar diatas menunjukkan, Gambar (a) adalah keran air yang dibuka saat awal (bukaan kecil) sehingga air yang mengalir kecepatannya kecil, pada kondisi ini terjadi aliran laminer. Kecepata air meningkat pada Gambar (b) dan Gambar (c) sehingga aliran air berubah menjadi turbulen. Dari sudut pandang hidraulik, hal yang paling mudah untuk membedakannya adalah gerak partikel/distribusi kecepatannya seragam, lurus, dan sejajar untuk aliran laminer dan sebaliknya untuk aliran turbulen. Perubahan dari laminer menuju turbulen atau zona transisi terjadi pada jarak tertentu dan zona transisi akan berakhir hingga terjadi kondisi fully developed turbulence. Gambar dibawah ini mendeskripsikan perubahan distribusi kecepatan pada saluran terbuka, Gambar (a) dan saluran tertutup, Gambar (b) (Yulistiyanto) (a) (Kironoto) (b) Angka Reynolds biasanya digunakan untuk mempermudah dalam membedakan jenis aliran pada klasifikasi ini. Persamaan Reynolds untuk mendapatkan Angka Reynolds dinyatakan dalam persamaan dibawah ini :
U : kecepatan rerata tampang R : jari jari hidraulik (saluran terbuka); digunakan diameter (D) untuk aliran dalam pipa (saluran tertutup) u : kekentalan fluida (viskositas kinematik) Setelah mendapatkan Angka Reynolds, jenis aliran dapat diketahui melalui rentang berikut, Aliran terbuka Re < 2000, laminer Re > 12500, turbulen Aliran tertutup Re < 500, laminer Re > 4000, turbulen diantara rentang diatas merupakan kondisi transisi. Pada kondisi aliran laminer, pengaruh viskositas lebih besar daripada inersia dan kondisi sebaliknya untuk aliran turbulen. 5. Aliran yang dipengaruhi kekentalan dan tidak (viscous and inviscid flows) Aliran viskous atau aliran fluida nyata adalah aliran yang dipengaruhi oleh viskositas. Adanya viskositas menyebabkan adanya tegangan geser dan kehilangan energy. Pada aliran ini terjadi gesekan antarai fluida dengan dasar/dinding saluran atau pipa. Gambar (a) dibawah ini menampilkan percobaan aliran viskous melalui sebuah pilar berbentuk tabung. (a) (Yulistiyanto) Aliran invisid atau aliran fluida ideal adalah aliran yang tidak dipengaruhi viskositas/kekentalan sehingga aliran ini tidak memiliki tegangan geser dan kehilangan energi. Dalam kenyataannya aliran fluida ideal tidak ada. Konsep ini digunakan para peneliti terdahulu untuk membentuk persamaan aliran fluida dan pengaplikasiannya di lapangan ditambahkan faktor penyesuaian sesuai kondisi nyata. Gambar (b) dibawah ini mengilustrasikan aliran invisid melalui sebuah pilar berbentuk tabung.
(Yulistiyanto) (b) 6. Aliran rotasi dan tak rotasi (rotational and irrotational flows) Aliran irrotasional adalah aliran dimana nilai rotasinya atau setiap komponen vektor rotasinya sama dengan nol. Contoh aliran irrotasional adalah medan aliran pada aliran seragam. Penjabaran matematisnya disajikan pada pesamaan berikut Omega (kapital) sering dinotasikan sebagai vortisitas (vorticity), sehingga didefinisikan sebagai sebuah vektor yang nilainya dua kalinya vektor rotasi. Sedangkan aliran rotasional adalah aliran dimana nilai rotasinya atau setiap komponen vektor rotasinya tidak sama dengan nol. Hal ini berarti medan aliran dengan kecepatan vektor V atau curl V tidak sama dengan nol. Contoh dari aliran rotasional ditampilkan pada Gambar (a), tampak terjadi pusaran/vortex yang disebabkan ketidakseragaman aliran oleh perubahan penampang akibat terjunan. Namun jauh dari terjunan, aliran masih seragam sehingga aliran irrotasional. (McDonough, 2009:34) (a) 7. Aliran subkritis dan superkritis (subcritical and supercritical flows) Untuk membedakan jenis aliran pada klasifikasi ini sering digunakanangka Froude. Angka Froude diperoleh melalui persamaan dibawah ini dan merupakan bilangan tak berdimensi,
U g D : kecepatan rerata tampang : percepatan gravitasi : kedalaman aliran penyebut pada persamaan diatas merupakan persamaan dari kecepatan rambat gelombang (celerity). Setelah mendapatkan Angka Froude, penentuan jenis aliran melalui rentang berikut, F < 1, aliran sub-kritik F > 1, aliran super-kritik F = 1, aliran kritik 8. Aliran yang terpisahkan/separasi dan tidak (separated and unseparated flows) Aliran yang tidak terjadi separasi dapat terjadi pada aliran yang sangat lambat. Penjelasan mengenai fenomena ini ditampilkan melalui sketsa pada Gambar (a), mengilustrasikan sebuah percobaan sejumlah cairan sirup (viskositas tinggi) dengan suhu rendah yang melampaui flume dengan beda tinggi dasar tertentu dengan kecepatan sangat rendah. Saat mencapai pojok flume, cairan sirup tetap megikuti dasar flume, turun vertical dan tetap menempel hingga akhir. Fenomena ini disebabkan momentum yang sangat kecil pada pojok dasar flume yang diakibatkan kecepatan yang sangat rendah. (a) (McDonough, 2009:40) Sedangkan aliran yang terjadi separasi ditampilkan sketsa pada Gambar (b). Fluida dengan nilai viskositas kecil atau kecepatan tinggi menimbulkan momentum yang tinggi, sehingga sulit bagi aliran untuk menempel pada dasar saluran. Pada Gambar (b) juga mengilustrasikan aliran rotasional yang telah dijelaskan sebelumnya.
(McDonough, 2009:40) (b) Gambar (c) dibawah ini juga mengilustrasikan fenomena aliran pada klasifikasi ini. Pada bagian Gamabr (A) dan Gambar (B) juga mengilustrasikan fenomena aliran viscous dan nonviskous di penjelasan sebelumnya. Aliran fluida dalam suatu pipa dapat diukur menggunakan teknik membaca perbedaan tekanan pada pipa tersebut, dimana untuk mendapatkan perbedaan tekanan pada suatu pipa tersebut dibuat dengan cara mengatur luas penampang pipa pada kedua ujungnya berbeda. Metoda pengukuran aliran fluida pada suatu pipa ini dapat dilakukan berdasarkan Hukum Bernoulli, dimana Hukum Bernoulli menyatakan hubungan tekanan fluida yang mengalir pada suatu pipa. Hubungan antara tekanan dan aliran pada sistem hidrolik (hukum bernouli) Andri hoey 4:58 PM Hubungan antara tekanan dan aliran pada sistem hidrolik (hukum bernouli) - Hubungan antara Tekanan dan aliran yang terdapat pada pressure Drop adalah ketika zat cair tersebut akan kehilangan tekanan setelan yang melewati orifice tersebut seperti yang terlihat pada kedua gauge.
Penurunan tekanan merupakan perbedaan antara daerah awal dan daerah akhir pressure atau pressure drop atau turunya tekanan yang disebabkan oleh aliran serta adanya hambatan atau orifice. Penurunan tekanan Sedangkan dari besarnya penurunan tekanan sangatlah beragam dan hal tersebut merupakan : Besarnya aliran yang melewati orifice tersebut Ukuran orifice tersebut, dan Mudah atau tidaknya zat cair yang mengalir atau disebut dengan viscosity Variasi tekanan dan aliran Besarnya aliran dari sisi daerah akhir harus memiliki dengan aliran yang terdapat pada sisi daerah awal seperti halnya karena zat cair tidak keluar. Jika tekanan yang terdapat didalam zat cair lebih rendah akan menyebabkan energi serta zat cair akan turun. Didalam hukum fisika menyebutkan bahwa energi tidak akan dapat dihancurkan dan perbedaan energi akan dikeluarkan dalam bentuk panas. Perubahan energi fluida menjadi panas
Tidak akan terjadi penurunan tekanan bila tidak terdapat aliran dari besarnya penurutan tekanan yang tergantung dari pada besarnya aliran yang melewati hambatan tersebut. Hal tersebut dari tidak adanya aliran yang terdapat pada penurunan tekanan, sehingga tidak terdapat panas yang terbuang karena dari penurunan energi. Tekanan tetap Dalam sistem hidrolik hubungan langsung antara tekanan aliran serta penurunan tekanan tersebut merupakan pertimbangan yang sangat penting serta lain halnya jika tidak terdapat aliran antara titik A dan titik B yang sehingga akan terjadi penurunan tekanan. Sedangkan lain halnya ketikan tidak terdapat perbedaan tekanan antara titik A dan titik B yang menyebabkan tidak terdapat zat cair yang mengalir diantara dari kedua titik tersebut. Berikut ini hukum bernouli Pada hukum bernouli juga telah dinyatakan bahwa jika terdapat aliran akan senantiasa konstan atau tetap sehingga jumlah tekanan serta energi yang berupa kinetik yang terdapat diberbagai titik didalam suatu sistem akan tetap konstan atau tetap pula. Jika zat cair yang mengalir dengan melawti sebuah daerah yang memiliki diameter berbeda akan terjadi perubahan kecepatan atau disebut dengan "velocity".
Kecepatan rendah pada sisi kiri karena area luas lebih luas, sedangkan pada bagian tengah kecepatan akan dapat meningkat yang disebabkan luas area lebih sempit. Pada bagian kanan, luas area sama seperti abgian kiri, sehingga kecepatan dari zat cair akan kembali menurun seperti kecepatan awal. Pembuktian Bernouli bahwa tekanan yang terdapat pada bagian tengah perlu lebih kecil apabila dibanding dengan tekanan bagian kiri serta kanan yang disebabkan kecepatan tinggi. Selain itu, kecepatan pada bagian tengah berarti terjadi energi kinetik. Jika tekanan diturunkan energi kinetik dapat ditingkatkan, dan sedangkan pada bagian kanan energi kinetik akan kembali diubah untuk menjadi tekanan serta aliran menurun, dan jika tidak terdapat gesekan dan besarnya tekanan pada bagian kanan akan sama dengan besar tekanan pada bagian B. Pengaruh gesekan dan kecepatan terhadap tekanan Gambar tersebut merupakan petunjuk serta pengaruh gabungan dari gesekan serta perubahan kecepatan dan tekanan turun dari tingkat maksimal pada bagian C akan menjadi nol pada bagian B. Sedangkan pada bagian D kecepatan meningkat dan puncak tekanan naik. Sedangkan pada bagian E seperti puncaknya juga akan turut naik dari sebagian energi kinetik yang diberikan ke energi tekanan disebabkan kecepatan menurun, dan pada bagian F puncak tekanan turun disebabkan kecepatan meningkat. Kebutuhan berbagai komponen pada mesin dapat dihubungkan baik melalui sirkuit seri atau pararel. Ketika komponen terhubung dengan rangkaian seri seperti fluid atau zat cair akan mengalir dari satu komponen ke komponen berikutnya yang kembali ke tangki dan apabila komponen terhubung secara pararel zat cair akan mengalir melalui komponen secara simultan.