Perbedaan Aliran Laminar dan Turbulen dalam Saluran Terbuka

PADA pembahasan kita beberapa waktu lalu mengenai daerah aliran sungai (DAS), sempat kita membahas mengenai aliran sungai yang bersifat turbulen. Selain turbulen ada satu sifat aliran yang sering terjadi di dalam saluran terbuka seperti sungai yakni aliran laminar. Saluran sungai dari hulu ke hilir sifat alirannya berbeda-beda, di hulu dan bagian tengah bisa turbulen dan di hilir bisa laminar atau bahkan mungkin gabungan dari keduanya yang disebut dengan aliran transisi.

Air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah dan prinsip gravitasi berbicara disini, karena adanya pengaruh dari perbedaan elevasi antara daerah hulu dan hilir. Salah satu hal yang perlu kita ketahui, sifat-sifat aliran pada saluran terbuka seperti sungai ditentukan oleh kekentalan dan gravitasi. Tegangan permukaan air dalam keadaan tertentu dapat pula mempengaruhi perilaku aliran, tetapi pengaruh ini tidak terlalu besar.

Kali ini kita mencoba menemukan perbedaan antara aliran laminar dan turbulen. Tapi sebelumnya kita harus tahu defenisi dari keduanya, agar lebih mudah melihat perbedaannya. Apa yang dimaksud dengan aliran laminar ? Aliran pada saluran terbuka dikatakan laminar apabila gaya kekentalan (viscosity) relatif sangat besar dibandingkan dengan gaya inersia sehingga kekentalan berpengaruh besar terhadap perilaku aliran. Butir-butir air bergerak menurut lintasan tertentu yang teratur atau lurus, dan selapis cairan tipis seolah-olah menggelincir diatas lapisan lain. Simple-nya, bisa dikatakan aliran laminar itu terlihat seperti berlapis-lapis. Laminar itu asal kata dari lamina yang berarti lapisan, samahalnya laminating (lamina-ting) di  tempat foto copy, yang artinya melapis.

Sedangkan aliran dalam saluran terbuka dikatakan turbulen apabila gaya kekentalan relatif lemah dibandingkan dengan gaya inersia. Butir-butir air bergerak menurut lintasan yang tidak teratur, tidak lancar, tidak tetap, walaupun butir-butir tersebut tetap bergerak maju di dalam aliran yang berjalan secara keseluruhan. Simple-nya, Aliran ini terlihat bergoncang (turbulensi).

Defenisi aliran laminar dan turbulen menitikberatkan pada perbandingan antara gaya kekentalan dan gaya inersia. Agar lebih mudah memahami, mari kita memecahkan pokok pembahasan menjadi bagian yang berdiri sendiri. First, Gaya didefenisikan sebagai dorongan atau tarikan yang akan mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda. Next, gaya kekentalan atau viskositas adalah sifat fluida yang menyebapkan tegangan geser di dalam fluida yang bergerak. Last, apa itu inersia ? Inersia atau kelembaman (kemalasan) merupakan sifat benda yang mempertahankan keadaan gerak atau keadaan diam. Ini merupakan penjabaran dari hukum I Newton, “Benda yang mula-mula diam akan tetap diam, benda yang mula-mula bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan tetap ( { F = 0 ).

Aliran laminar secara jelas diilustrasikan pada gambar 2. Lintasan yang ditempuh suatu partikel dalam fluida yang mengalir dinamakan garis alir (flow line). Partikel (butir-butir air) itu mengalir dalam suatu garis arus yang ujung dan pangkalnya jelas. Partikel (butir-butir air) itu melalui tiik A, B dan C secara teratur dan lurus mengikuti garis arus tersebut (lihat gambar diatas). Kecepatan-kecepatan partikel fluida di tiap titik pada garis arus searah dengan garis singgung di titik itu. Jika kita kaitkan dengan hukum Newton I, apabila kecepatan (v) di suatu titik konstan terhadap waktu, maka aliran fluida dikatakan tunak. Garis arus itu tidak berpotongan.

Aliran turbulen itu sangat bertolak belakang dengan aliran laminar (lihat gambar 3). Jika pada suatu kelajuan tertentu ada partikel-partikel (butir-butir air) gerakannya berbeda dan bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan itu dinamakan aliran turbulen (lihat gambar diatas).

Ada sebuah cara sederhana yang dapat kita lakukan untuk mengetahui suatu aliran zat cair apakah bersifat turbulen atau laminar, yakni dengan cara menjatuhkan sedikit tinta atau pewarna ke dalam zat cair. Jika tinta menempuh lintasan yang lurus atau melengkung tapi tidak berputar-putar membentuk pusaran bisa dikatakan alirannya bersifat laminar. Akan tetapi, bila tinta itu kemudian mengalir secara berputar-putar dan akhirnya menyebar, aliran air tersebut bersifat turbulen.

Kira-kira pembahasan kita kali ini mengenai perbedaan aliran turbulen dan laminar seperti itu, kalau ada sesuatu yang salah terkait dengan pembahasan kita kali ini, mohon diberi masukan. So, tak ada gading yang tak retak. See you next time. (*)

            Sumber :

·         M Kanginan, Fisika 2000, Penerbit Erlangga (Hal 222/Fluida Bergerak)

·         Victor L. Streeter & E. Benjamin Wylie, Mekanika Fluida (Jilid I), Penerbit Erlangga