Cara Menghitung Laju Aliran

Menemukan laju aliran air dari cerat, seperti keran taman atau keran kamar mandi, adalah latihan sederhana yang hanya membutuhkan ember dan pengatur waktu. Menghitung laju aliran di bak terbuka, seperti selokan atau dasar sungai, sedikit lebih rumit, dan menghitung laju aliran cairan di dalam pipa tertutup bahkan lebih rumit.

Rumus laju aliran, secara umum, adalah

dimanaQadalah kecepatan aliran,SEBUAHadalah luas penampang pada suatu titik di jalur aliran danvadalah kecepatan zat cair pada titik tersebut. Dalam beberapa situasi, seperti air yang mengalir di dasar sungai, menghitungSEBUAHsulit, dan yang terbaik yang dapat Anda lakukan adalah perkiraan. Di tempat lain, seperti fluida yang mengalir dalam pipa tertutup, sulit diukurv, tetapi Anda tidak harus melakukannya. Jika Anda dapat mengukur tekanan fluida, Anda dapat menggunakan Hukum Poiseuille.

Jika Anda perlu mengetahui laju aliran melalui lubang, seperti spigot atau emitor tetes, semua yang Anda miliki lakukan adalah membiarkan volume tertentu terakumulasi dalam wadah dan mengukur berapa lama untuk mengumpulkan. Misalnya, Anda dapat mengukur laju aliran dari keran dengan membiarkan air mengisi ember 5 galon dan mencatat waktunya. Bagilah 5 dengan waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan jumlah galon per satuan waktu. Jika Anda mengukur waktu dalam menit, Anda akan mendapatkan hasilnya dalam galon per menit.

Untuk mengukur laju aliran dari lubang kecil, seperti pemancar tetesan, Anda memerlukan wadah yang jauh lebih kecil, seperti stoples liter, dan satuan waktu yang lebih lama, tetapi prinsipnya sama. Pemancar tetes biasanya dinilai dalam jumlah galon per jam yang mereka pancarkan. Sebuah emitor yang mengeluarkan 1 galon per jam akan mengisi toples liter dalam 15 menit.

Jika Anda dapat melihat aliran fluida, Anda dapat mengukur kecepatannya, dan itu berarti yang Anda butuhkan hanyalah area di mana fluida mengalir untuk menghitung laju aliran menggunakan rumusQ​ = ​SEBUAH​ × ​v​.

Jika fluida mengalir melalui lubang atau tabung bening, salah satu cara untuk mengukur kecepatan adalah dengan memasukkan zat warna sebagai penanda dan waktu yang dibutuhkan zat warna untuk melewati dua titik. Setelah mengukur jari-jari tabung atau lubang, Anda dapat menghitung luas menggunakanr​², lalu gunakanv​ × ​SEBUAHuntuk menghitung laju aliran.

Untuk aliran melalui fitur alam, seperti dasar sungai, Anda harus mendekati area tersebut. Asumsikan bagian terdalam sungai adalah jari-jari palung semi-silinder. Hitung luas penampang menggunakanr​², lalu ambil setengahnya dan gunakan itu untukSEBUAHdalam persamaanQ​ = ​v​ × ​SEBUAHuntuk mendapatkan perkiraan laju aliran.

Ketika fluida mengalir melalui pipa tertutup, Anda tidak dapat melihatnya, sehingga Anda tidak dapat mengukur kecepatannya. Namun, jika Anda dapat mengukur tekanan fluida – yang biasanya mudah dilakukan, menggunakan pengukur tekanan – Anda dapat menggunakan Hukum Poiseuille untuk menghitung laju aliran. Menurut Hukum Poiseuille, laju aliranQbervariasi secara langsung dengan perbedaan tekananpantara ujung pipa dan pangkat empat jari-jari pipar​⁴, dan berbanding terbalik dengan panjang pipaL. Persamaannya adalah:

dimanaµadalah viskositas fluida.

Hukum Poiseuille mengasumsikan aliran laminar (non-turbulen), yang merupakan asumsi aman pada tekanan rendah dan diameter pipa kecil.