turbulens

1. Aliran Turbulensi
Aliranturbulenadalahsalahsatufenomenafisik yang komplek dan menarik minat banyak peneliti.
Leonardoda Vinci (1800 an) menggambarkanpusaranaliranair yang melalui suatu konfigurasi akan
menghasilkan pusaran yang bersifat acak tetapi juga memiliki pola tertentu (Gambar 10. 1). Suatu
aliran turbulen jika diberi injeksi (misalnya aliran udara yang diinjeksi asap, atau aliran air yang
diinjeksi tinta) akanmenunjukkanadanyapusaranyangkemudiandikenal sebagai Eddy.(Gambar10.
2). Ukuran Eddy sangat bervariasi, mulai dari yang besar (large scale Eddy) sampai yang berukuran
kecil (small scale Eddy).
Gambar 10. 1 Lukisan Leonardo da Vinci yang menggambarkan aliran turbulen
Munculnya large scale Eddy dalam aliran menandakan bahwa aliran bersifat turbulen, tetapi tidak
semua aliran turbulen menunjukkan adanya eddy. Small scale Eddy dalam aliran turbulen tidak
dapat dilihat dengan mata telanjang.
Gambar 10. 2 Visualisasi ‘olakan Eddy’ dengan menggunakan asap
Dalam proses pembakaran fenomena-fenomena yang terjadi antara lain interaksi proses-proses
kimiadanfisika,pelepasanpanas yang berasal dari energi ikatan-ikatan kimia, proses perpindahan
panas, proses perpindahan massa, dan gerakan fluida.
Pada temperatur yang sangat tinggi gas-gas pecah atau terdisosiasi menjadi gas-gas yang tak
sederhana, dan molekul-molekul dari gas dasar akan terpecah menjadi atom-atom yang
membutuhkanpanasdanmenyebabkankenaikantemperatur.Reaksi akan bersifat endotermik dan
disosiasi tergantung pada temperatur dan waktu kontak.
Heksana dari kanal sempit yang melewati a dan b mempunyai tekanan aliran lebih rendah
(terjadinyaaliranturbulenyangmenabrakantaradindingadanb sehinggaaliranygmelewati lubang
a dan b mempunyai aliran rendah, “ kemungkinan dapat terjadi udara dari pipa ikut masuk melalui
lubang a dan b”) dari cde sehingga udara pada dalam pipa terhisap keluar dari a dan b. adanya
udara yang ikutmasukdari a dan b menyebabkan terjadinya aliran turbulen. Tennekes dan Lumley

2. (1972) menyatakan bahwa aliran turbulen tidak dapat didefinisikan, tetapi dapat diidentifikasi
berdasarkan sifat-sifat turbulensi. Beberapa sifat itu adalah:
• Tidakberaturan
Salahsatu sifataliranturbulenadalahtidakberaturan(random).Karenaituanalisaaliranturbulen
selalumenggunakanmetode statistik.
• Dispersif
Aliranturbulenakancenderungmenyebar(dispersif). Sifatinimenyebabkan aliran turbulen memiliki
kemampuan yangtinggidalamprosespencampuran (mixing),perpindahanpanas,perpindahan
momentumdan perpindahan massa.
• Disipatif
Turbulenmemilikienergiinternal berupapusaranbesar(large scale Eddy) danpusarankecil (small
scale Eddy).Energi pusaranbesardidapatdari aliranutama (free stream) danenergi pusarkecil
ditransferdari pusaranbesar.Prosesini dikenalsebagai energycascade.Energi yangdikandung
pusararan kecil akanmelemahkarenaefekgesekanfluidaakibatviskositasfluida.Untuk
mempertahankanturbulensi,dibutuhkansuplaienergidari aliranutama.Hal ini yang menjelaskan
kenapakehilanganenergi akibatgesekanpadaaliranturbulenjauhlebihbesardaripadaaliran
laminer.
• Vortisitastiga-dimensi
Apapunkonfigurasinya,aliranturbulenselalumemiliki vortisitas/pusarantigadimensi.
Pembentukanlapisanbatasantaraalirandan dindingselaluberawal padakondisi laminer.Vortisitas
aliranlaminerbersifatduadimensi dari dindingke arahfreestream. Semakin kearah hilir (down
stream) lapisan batasakan mengalamitransisidan berubah menjaditurbulen.Transisi dari laminer
ke turbulenmerupakanmekanismekompleksyangmengubahvortisitaslaminer(duadimensi)
menjadi vortisitasturbulen(tigadimensi).
• Aliranturbulenadalahsuatualiran.
Karakteraliran turbulen tidak ditentukan oleh jenisfluida tetapioleh karakteraliran itu sendiri.
Turbulensi aliranpadafluidaairdenganudaraakanmemilikikarakteryangsamajikamemiliki
bilanganReynoldsyangsama.Tegangangeseryangterjadi padalapisanbatasturbulenberasal dari
viskositasfluida/viskositasmolekuler (sifatmolekulerfluida) danviskositasturbulensi (sifataliran).
Viskositasturbulensi adalahefekviskositasyangditimbulkanolehEddydanpengaruhnyalebih
dominandaripadaviskositasmolekuler.
Aliranyanglebihturbulenakanmemiliki koefisien perpindahanpanaskonveksi lebihtinggi seperti
pada Gambar dibawah.

3. Aliran melalui seluruh silinder
Pada aliran fluida turbulen, gradien kecepatan antara aliran di bagian bulk terhadap sublapisan
viscous yang tipis yang berada dekat dinding sangat tinggi. Dalam hal ini, perpindahan panas
konduksi timbul dengan perbedaan suhu yang tinggi yaitu dari T2 ke T3 ( bagian fluida panas ).
Setelah jauh melewati dinding, dan mendekati bagian turbulen, suhu menjadi berkurang dan
perbedaan T1 dan T2 menjadi kecil sebab timbul gerakan gaya Eddy. Suhu rata-rata lapisan film
fluidaairpanaslebihkecil daripadasuhudi bagianbulkT1. Hal ini juga dapat dijelaskan untuk profil
suhu pada air dingin.
Tipe aliran fluida, laminar atau turbulen mempunyai pengaruh yang besar terhaadap koefisien
perpindahan panas konveksi (h), di mana hambatan perpindahan panas terdapat di dalam lapisan
filmtipisdekatdengandinding.Semakinturbulenaliran,semakinbesarkoefisienperpindahanpanas
konveksinya. Korelasi untukmemprediksi hargakoefisienfilm (h) dipengaruhi oleh sifat fisik fluida,
tipe dan kecepatan aliran, perbedaan suhu dan geometri dari system fisika (Geankoplis, 1983)
PolaAliran dan PerpidahanPanaspadaSalurandenganBelokan900
Gambar dibawah menunjukkan
aliranfluidayangsedangmelewati daerahbelokan 900
dalam sebuah pipa dan saluran persegi. Dari
gambar dapat dilihat bahwa pada saluran persegi terjadi resirkulasi dan pemisahan aliran
Aliran panas pada belokan 900
(a) pipa (b) saluran persegi empat
Pergerakan fluida ketika melewati belokan tajam 1800