LAPORAN PRAKTIKUM

BOUNDARY LAYER THICKNESS

Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Aerodinamika

POLBAN

Disusun Oleh

1. Agita Siti Johana (121221033)

2. Deri Dwi Pramono (121221039)

3. Firman Fakhrurrahman (121221044)

4. Maulana Sidik (121221049)

PROGRAM STUDI D3 AERONAUTIKA

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

1

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI..............................................................................................................................................2

1. Tujuan Praktikum.................................................................................................................................3

2. Petunjuk K3...........................................................................................................................................3

3. Dasar Teori............................................................................................................................................3

4. Alat yang disediakan............................................................................................................................7

5. Langkah Kerja.......................................................................................................................................7

6. Perhitungan............................................................................................................................................8

7. Analisis dan Pembahasan....................................................................................................................12

8. Kesimpulan..........................................................................................................................................15

DAFTAR PUSTAKA..............................................................................................................................16

Lampiran dokumentasi...........................................................................................................................17

2

1. Tujuan Praktikum

Mengetahui tebal lapis batas/boundary layer thickness

2. Petunjuk K3

Pakaian laboratorium

Sepatu kerja

3. Dasar Teori

Lapisan Batas (Boundary Layer) adalah suatu lapisan yang terbentuk disekitar

permukaan benda yang dilalui oleh fluida dengan viskositas, karena mengalami hambatan

yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti faktor gesekan, dan efek- efek viskos.

Gambar 3.1

Viskositas (μ) adalah kemampuan untuk menahan gesekan (ukuran kekentalan

fluida)/tekanan geser (shear stress). Hubungan antara viskositas dengan aliran laminar

dan turbulen adalah bila semakin besar viskositas yang terdapat pada fluida maka

semakin kecil gesekan yang tejadi antara fluida dengan permukaan suatu benda sehingga

kecepatan aliran antara molekul fluida lebih teratur, ini berarti aliran ini cenderung

laminar.

Begitupun sebaliknya, semakin kecil viskositas fluida maka alirannya cenderung

bergolak (tidak teratur) atau turbulen.

3

Gambar 3.2

Aliran ini sebenarnya juga bergerak dalam dimensi ruang dan waktu sehingga

penurunan rumusnya dilakukan pada dimensi x(panjang), y(lebar) ,

z(tinggi) , serta t(waktu). Namun pengasumsian aliran fluida bergerak pada streamline

yang mengalir secara tunak dan gerakan aliran yang mengalami gesekan terjadi hanya

pada salah satu bidang sumbu. dan garis batas yang menunjukan tidak lagi adanya

perubahan ketinggian terhadap kecepatan fluida inilah yang disebut Boundary

Layer.   Dimana aliran diluar lapisan batas disebut sebagai aliran inviscid.

Untuk menentukan jenis aliran itu turbulen atau laminar adalah dengan menggunakan

rumus :

Re = ρuμ

D

Untuk Bilangan Reynold Number di sepanjang pelat yang halus , rumus nya adalah ;

Re = ρuμ

X

Dimana x adalah jarak dari ujung pelat depan sampai ujung pitot tube yang berada diatas

plat

Dengan ketentuan :

Re < 5 x 105 : Laminar

Re ≈ 5 x 105 : Transition (Engineering critical Reynolds number)

Re > 5 x 105 : Turbulent

Sedangkan bilangan Reynold Number pada suatu pipa, rumus nya :

Re = ρuμ

D

Dimana D adalah diameter pipa, atau test section pada wind tunnel

4

Jenis-jenis aliran yang terjadi bisa berupa aliran laminar, transisi ataupun

turbulen. yang membedakan ketiga jenis aliran ini adalah pada rentang nilai bilangan

reynoldsnya. rentang nilainya adalah :

laminar  Re < 2300

transient 2300 < Re < 4000

turbulent Re > 4000

Oleh karena itu setiap aliran selalu mengalami salah satu dari ketiga jenis aliran

ini.

Sebagai contoh kasus pada aliran yang mengalir pada suatu sudu juga mengalami lapisan

batas. Secara teoritis, aliran yang mengalir adalah laminar semua. namun pada

kenyataannya setiap aliran mengalami hambatan seperti gesekan permukaan, tegangan

geser dan diferensiasi kecepatan. dan jika semakin banyak gangguan yang dialami maka

alirannya akan terus berubah sehingga menyebabkan aliran turbulen.

Gambar 3.3

Semakin banyaknya aliran turbulensi yang terjadi, maka lama kelamaan bisa

menyebabkan vorteks (kondisi dimana aliran partikel berputar dalam 1 arah). dimana

vorteks ini merupakan fenomena alamiah penyebab terjadinya angin tornado.

Gambar 3.4

Konsep lapisan batas pertama kali dikemukakan pada tahun 1904 oleh Ludwig

Prandtl, seorang ahli aerodinamika Jerman. Sebelumnya, analisa aliran fluida terbagi

menjadi dua konsep dasar, yaitu aliran tanpa pengaruh gesekan yang dikemukakan oleh

5

Leonhard Euler seorang ahli hidrodinamika pada tahun 1755. Analisa aliran tanpa

gesekan dinyatakan dalam persamaan Euler. Dengan banyaknya kontradiksi pada hasil

eksperimennya, persamaan Euler dijelaskan lebih rinci untuk kondisi aliran bergesekan

oleh Navier pada tahun 1827, lalu oleh Stokes pada tahun 1845, yaitu persamaan Navier-

Stokes.

Pada saat aliran fluida bergesekan, terjadilah sebuah gesekan. Pengaruh gesekan

akan menimbulkan lapisan batas dan akhirnya disebut dengan boundary layer (lapisan

batas)

Boundary layer (lapisan batas) adalah suatu lapisan yang terbentuk disekitar penampang

yang dilalui oleh fluida tersebut, karena mengalami hambatan yang disebabkan oleh

beberapa faktor, seperti faktor gesekan, dan efek- efek viskos.

Lapisan batas suatu aliran fluida pada sebuah pipa :

Gambar 3.5

Boundary layer dan tegangan geser dapat kita temukan dimana saja, karena kita

selalu menggunakan fluida dalam kehidupan sehari-hari.

Untuk menentukan tebal lapis batas kita dapat menggunakan rumus :

δ= y1 u≈ 0,99U

Atau dengan menggunakan rumus :

Untuk laminar :

Untuk turbulen :

6

Dengan berdasarkan rumus diatas maka kita dapat menemukan Boundary layer thickness

nya.

4. Alat yang disediakan

1. Loop

2. Wind Tunnel

3. Pitot tube 2 buah

4. Penggaris

5. Spidol

6. Pulpen

7. Kertas

8. Motor

5. Langkah Kerja

1. Siapkan alat yang akan digunakan

2. Membaca dan mencatat nilai kelembapan, suhu dan tekanan udara

3. Pasanglah kedua pitot tube ke dalam wind tunnel dengan posisi ujung pitot tube

menempel di atas permukaan plat

4. Pasangkan juga selang-selang yang menghubungkan pitot tube dengan manometer sesuai

dengan prosedur

5. Naikkan micrometer sekrup pada wind tunnel dari 1,15 mm sampai 7,15 mm dengan

kenaikan setiap 0,1 mm

6. Baca keadaan/ tinggi fluida awal pada manometer

7. Hidupkan motor, dengan kecepatan putaran motor 1423 rpm

8. Baca dan catat perubahan ketinggian fluida pada

7

6. Perhitungan

Rpm 1423

cairan = 800 kg/m3

T = 300 C

Kelembaban = 39 %

udara = 1,165 kg/m3

g = 9,81 m/s2

= 0.00001854

Diameter Test Section= 0,36 m

X = 9,8 cm = 0,098 m

Hasil pengamatan pitot tube 1

∆ h=h2−h1=15,75−14,75=1mm

V free stream = √2( ρf ¿g ∆ h)

ρudara

¿ =√2(800.¿9,810,001)1,165

¿ = 3.670553279 m/s

Tabel hasil pengamatan pitot tube 2

No

.

Ketinggian

(mm)h1 h2 Δh(m) v(m/s)

0 0 13.5 13.5 0 0

11.3 13.5 14 0.0005

2.59547311

4

21.4 13.5 14.05 0.00055

2.72215516

7

3 1.5 13.5 14.1 0.0006 2.84319834

8

4

41.6 13.5 14.1 0.0006

2.84319834

4

51.7 13.5 14.1 0.0006

2.84319834

4

61.8 13.5 14.1 0.0006

2.84319834

4

71.9 13.5 14.2 0.0007

3.07100520

4

82 13.5 14.2 0.0007

3.07100520

4

92.1 13.5 14.2 0.0007

3.07100520

4

102.2 13.5 14.1 0.0006

2.84319834

4

112.3 13.5 14.1 0.0006

2.84319834

4

122.4 13.5 14.1 0.0006

2.84319834

4

132.5 13.5 14.1 0.0006

2.84319834

4

142.6 13.5 14.2 0.0007

3.07100520

4

152.7 13.5 14.2 0.0007

3.07100520

4

16 2.8 13.5 14.25 0.00075 3.17879238

9

5

172.9 13.5 14.2 0.0007

3.07100520

4

183 13.5 14.1 0.0006

2.84319834

4

193.1 13.5 14.2 0.0007

3.07100520

4

203.2 13.5 14.2 0.0007

3.07100520

4

213.3 13.5 14.25 0.00075

3.17879238

5

223.4 13.5 14.25 0.00075

3.17879238

5

233.5 13.5 14.25 0.00075

3.17879238

5

243.6 13.5 14.25 0.00075

3.17879238

5

253.7 13.5 14.25 0.00075

3.17879238

5

263.8 13.5 14.25 0.00075

3.17879238

5

273.9 13.5 14.25 0.00075

3.17879238

5

284 13.5 14.3 0.0008

3.28304265

9

29 4.1 13.5 14.3 0.0008 3.28304265

10

9

304.2 13.5 14.3 0.0008

3.28304265

9

314.3 13.5 14.3 0.0008

3.28304265

9

324.4 13.5 14.3 0.0008

3.28304265

9

33 4.5 13.5 14.4 0.0009 3.48219259

34 4.6 13.5 14.4 0.0009 3.48219259

35 4.7 13.5 14.4 0.0009 3.48219259

364.8 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

374.9 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

385 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

395.1 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

405.2 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

415.3 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

425.4 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

43 5.5 13.5 14.5 0.001 3.67055327

11

9

445.6 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

455.7 13.5 14.5 0.001

3.67055327

9

Dari kecepatan yang didapatkan diatas maka bisa dibuat profil kecepatan seperti pada grafik

berikut 

12

2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.80

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

Boundary Layer Thickness

Boundary Layer Exponential (Boundary Layer)Boundary Thickness

Velocity (m/s)

altit

ude

(mm

)

13

7. Analisis dan Pembahasan

Berdasarkan percobaan diatas didapatkanlah kecepatan free stream sebesar 3.670553279

m/s . dengan menggunakan rumus :

δ ≈ 0,99U

δ= y (u = 0,99 U )

Maka didapatkan lah kecepatan pada boundary layer sebesar :

U = 0,99 . 3,670553279

= 3,633848 m/s

Setelah didapatkan kecepatan di boundary layer maka kita dapat menentukan tinggi atau tebal

lapis batas dengan cara interpolasi :

No

.Ketinggian h1 h2 Δh(m) v(m/s)

35 4.7 13.5 14.4 0.0009 3.48219259

36 4.8 13.5 14.5 0.001 3.670553279

Y1 = mx + c ; 4,7 = m 3,48219259 + c

Y2 = mx + c , 4,8 = m 3,670553279 + c

-0,1 = m -0,188360689

m = 0,5308963379

c = 2,542350015

Jadi y = mx + c ;

Y = 0,5308963379 3,633848 + 2,542350015

Y = 4,471546611 mm

Didapatkanlah Boundary layer thickness nya sebesar 4,47 mm

14

Sedangkan kita juga dapat menentukan boundary layer thickness dengan menggunakan rumus.

Namun sebelumnya kita harus mencari dulu bilangan reynold number untuk menentukan jenis

aliran udaranya.

Pertama-tama kita menghitung Re pada pipa/ test section di turbin angin

Re = ρu❑

μ D

= 1,1653,670553279

0,00001854 0,36

= 83032,90427

Berdasarkan ketentuan yang telah dibahas di dasar teori, dapat ditentukan bahwa aliran

nya adalah turbulen karena Re > 4000

Kemudian mencari Re di sepanjang plat halus

Rex = ρuμ

X

= 1,1653,670553279

0,00001854 0,098

= 22.603,40172

Berdasarkan ketentuan yang telah dibahas di dasar teori sebelumnya, maka dapat

ditentukan bahwa aliran udara di sepanjang plat tersebut adalah laminar. Karena Re < 5 x105 atau

500.000

Setelah diketahui bahwa aliran udara diatas plat adalah laminar maka kita menggunakan rumus :

= 50,098

√ 22.603,40172

= 0,003259186241 m

= 3,259 mm

15

Jadi boundary layer thickness berdasarkan perhitungan ini adalah sebesar 3,259 mm.

Jika kita bandingkan 2 hasil yang berbeda dari 2 cara perhitungan yang berbeda, didapatkan

selisihnya :

Selisih = 4,47 mm - 3,259 mm

= 1,211 mm

Terjadi perbedaan hasil antara teori dan praktek, hal ini terjadi karena kami tidak

mengetahui koefisien gesekan/ kekasaran permukaan,pelat dimana koefisien tersebut

berpengaruh terhadap hasil dari penentuan tebal lapis batas. Kekasaran permukaan plat

mempengaruhi besarnya viskositas dinamik, semakin kasar permukaan/ koefisien geseknya maka

miu nya akan lebih besar, dengan viskositas dinamik yang lebih besar maka akan menghasilkan

Re yang lebih kecil. Dan dari Didapatkan Re yang kecil maka tebal lapis batas akan lebih tinggi.

Jika kita sangkutpautkan dengan hasil perhitungan dimana Boundary layer thickness dengan

menggunakan rumus adalah lebih kecil dari perhitungan boundary layer thickness berdasarkan

praktikum. Hal ini disebabkan karena kita tidak mengetahui kekasaran permukan plat yang dapat

mempengaruhi viskositas dinamik. Bisa saja permukaan plat lebih kasar sehingga viskositas

dinamik nya menjadi lebih besar, dan didapatlah tebal lapis batas yang lebih tinggi sehingga

lebih mendekati atau sama dengan hasil perhitungan tebal lapis batas berdasarkan praktikum.

16

8. Kesimpulan

Jenis aliran udara pada pipa atau test section wind tunnel adalah turbulen, sedangkan aliran udara

diatas plat adalah laminar.

Menghitung tebal lapis batas/ Boundary Layer Thickness dapat menggunakan 2 cara yakni

dengan menggunakan rumus :

δ= y (u = 0,99 U ) , Didapatkan δ= 4,47 mm, data yang dibutuhkan didapat dari hasil percobaan.

dan

Rex = ρuμ

X

Didapatkan δ = 3,259 mm

Jadi selisih Boundary Layer Thickness hasil percobaan dengan teori adalah sebesar 1,211 mm.

Hal ini dikarenakan tidak diketahuinya kekasaran permukaan plat/ koefisien gesek nya yang

nanti nya mempengaruhi besarnya viskositas dinamik . dimana viskositas dinamik

mempengaruhi besarnya Reynold Number dan mempengaruhi pula tebal lapis batas nya.

17

DAFTAR PUSTAKA

Bruce R Munson dkk. 2006. Fundamentals of fluid Mechanics. Lowa State University : USA

http://www.fkm.utm.my/~syahruls/3-teaching/2-fluid-II/fluid-II-enote/11-BL-introduction.pdf

http://jokerrebel.wordpress.com/2012/05/29/diskusi-kelompok-boundary-layerlapisan-batas/

http://ronipanjoel.wordpress.com/2012/05/28/boundary-layer-lapisan-batas/

http://en.wikipedia.org/wiki/Boundary_layer

http://web.ipb.ac.id/~erizal/mekflud/lapisanbatas.pdf

http://www.uotechnology.edu.iq/depMechanicsandEquipment/Lectures%20and%20Syllabus/Lectures/

Same/Third%20Grade/Fluid%20Mechanics%20II%20(Chapter%202).pdf

http://home.iitk.ac.in/~panig/ME649_Flat_Plate_Experiment.pdf

18

Lampiran dokumentasi

19

20