## ANALISA PENGARUH KEKERASAN PERMUKAAN TERHADAP KAPASITAS ALIRAN VISKOSITAS DAN TINGGI ALIRAN DALAM PIPA
Ambo Intang * , Boni Junita **
* Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tamansiswa Palembang, Jalan Taman Siswa No.261, Kota Palembang, Sumatera Selatan, Indonesia
* Email : ambo.intang@gmail.com
* *Email: bonijunita21@gmail.com (Penulis Korespondensi)

## ABSTRAK
Setiap  fluida  yang  mengalir  melalui  pipa  akan  menghasilkan  gesekan  yang  dapat  mengakibatkan  suatu kerugian berupa kerugian penurunan tekanan. Untuk menangani masalah ini diperlukan penanganan khusus untuk mencegah atau mengurangi kerugian-kerugian yang diakibatkan oleh gesekan antara fluida dengan dinding  pipa  sehingga  diketahui  bagaimana  pengaruh  kekasaran  permukaan  terhadap  debit  dan  tekanan pada  aliran  viskos  pada  pipa.  Aliran  fluida  (air)  dalam  saluran  tertutup  (pipa  silinder  1/2  inchi)  dapat mengalami  kondisi  laminer  dan  turbulen.  Kondisi  tersebut  dapat  ditentukan  dengan  melihat  bilangan Reynolds  dengan  melihat  kondisi  kekasaran  dinding  pada  permukaan  pipa.  Dalam  penelitian  ini  akan dianalisa  pengaruh  dari  kekasaran  permukaan  terhadap  debit  dan  tekanan  pada  aliran  viskos  pada  pipa silinder 1/2 inchi. Sehingga didapat bahwa kekasaran permukaan sangat berpengaruh terhadap rugi head yang terjadi pada aliran fluida, yang mana semakin kasar permukaan dalam pipa maka nilai kapasitas aliran semakin menurun dan nilai tekanan akan semakin meningkat dan besar.
Kata kunci: Bilangan Reynolds, Kapasitas Aliran, Tekanan, Fluida Air

## 1. PENDAHULUAN
Fluida merupakan zat  atau  partikel  rapat  yang berubah  bentuk  secara  continuous  (terus- menerus), bila menerima tegangan geser betapapun kecilnya tegangan geser itu (Zulhadi et al., 2020). Pada penggunaannya terdapat banyak gesekan yang dapat memperlambat kecepatan atau proses pengaliran fluida didalam pipa. Dimana akan merugikan proses pendistribusian fluida para industri - industri yang berkecimpung dibidang Fluida.
Pipa merupakan salah satu alat transportasi yang paling efektif untuk memindahkan fluida. Aliran  fluida  dalam  pipa  dapat  laminar  atau  turbulen  bergantung  dari  faktor-faktor  yang mempengaruhinya,  diantara  nya  kekasaran  permukaan  pipa,  kecepatan  aliran  fluida  dan kekentalan fluida (Fadhli & Madjid, 2017).
Dalam setiap proses pengoperasian banyak masyarakat luas yang tidak memahami bahwa di  dalam  pipa  yang  di  aliri  fluida  maka  akan  terjadi  gesekan  antara  fluida  tersebut  terhadap material yang mengalir bersamaan fluida seperti pasir, tanah batu kerikil dan lain – lainya dengan dinding  permukaan  pipa  yang  dapat  berpengaruh  terhadap  debit  dan  tinggi  tekan  fluida  yang mengalir didalam pipa tersebut (Nurnawaty & Sumardi, 2020). Perencanaan sistem distribusi air didasarkan pada dua faktor utama yaitu kebutuhan air dan tekanan aliran.
Fluida yang mengalir pada pipa akan mengalami gesekan antara fluida dengan dinding pipa yang dapat menyebabkan terjadinya pressure drop. Faktor friksi didefenisikan sebagai gaya gesek yang  terjadi  antara  dua  permukaan  yang  saling  bersinggungan (Andayani  et  al., 2019).  Dalam mekanika fluida dinyatakan bahwa pada aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut.
Aliran  fluida  merupakan  salah  satu  konsep  yang  berkembang  dengan  ilmu  keteknikan. Aliran fluida dalam suatu pipa pasti mengalami penurunan atau rugi tekanan, hal ini terjadi karena adanya koefisien gesek antara fluida dengan dinding pipa dan antara fluida dengan lapisan fluida itu  sendiri.  Faktor-faktor  yang  menyebabkan  gaya  gesek  ini  akibat  karakteristik  yang  dimiliki
fluida  dalam  pipa.  Karakteristik  yang dimiliki fluida yaitu  kecepatan, viskositas,  gaya  adhesi– kohesi fluida dan gaya geser yang terjadi pada partikel-partikel fluida, sedangkan karakteristik yang  dimiliki  pipa  yaitu  kekasaran  permukaan  dan  zat  lapisan  permukaan  (Yusuf  &  Hariadi, 2021). Pada penelitian ini hanya faktor kekasaran permukaan pipa yang menjadi variabel dalam menentukan koefesiensi gesek, sedangkan  faktor  karakteristik  fluida  dibuat  tetap  yaitu  dengan menggunakan fluida air. Tingkat kekasaran permukaan didapat dengan cara memakai pipa yang sama  (PVC)  dengan  dua  diantaranya  dilakukan  perlakuan  pengaplasan  permukaan  dalam  pipa dengan dua tingkat kekasaran berbeda.
Untuk  dapat  mencapai  efisiensi  produksi  tinggi  dan  cost  produksi  yang  rendah,  maka dibutuhkan optimalisasi penggunaan energi yang terpakai, dalam hal ini khususnya optimalisasi atau meminimalkan energi yang terpakai dalam distribusi fluida dalam pipa. Untuk mengetahui gesekan  yang  terjadi  didalam  pipa  tersebut  kita  perlu  mengetahui  tentang  pengaruh  kekasaran permukaan  diding  pipa  terhadap  aliran  fluida  yang  mengalir  didalamnya.  Tujuan  dilakukan penelitian ini adalah mempelajari hubungan antara kekasaran permukaan pipa dengan rugi tinggi tekan dan debit aliran pada Pipa Polivinil Chlorida (PVC) berdiameter ½ inchi.

## 2. METODE PENELITIAN
Alat  yang  dipakai  dalam  pengujian  ini  adalah  drum  penampung  air,  pipa  ½  inchi  pvc, pompa tipe PS-126S 125 Watt kapasitas 34 Liter/menit, elbow ½ inchi, valve ½ inchi, manometer, gelas ukur, stop watch, dan termometer. Peralatan tersebut dirangkai seperti pada
Gambar 1 . Rangkaian Alat Pengujian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah merancang sebuah instalasi alat ukur dan melakukan pengambilan data. Data yang diperoleh dihitung dengan parameter- parameter  yang  dibutuhkan,  setelah  perhitungan  didapat  dalam  bentuk  tabel  kemudian dianalisa  hasilnya  dan  diplot  dalam  bentuk  kurva  karakteristik  yaitu  hubungan  antara debit (Q) dengan kerugian tinggi tekan (hf), debit (Q) dengan tekanan (P), dan hubungan Reynolds dengan koefisien gesek (f).
Pada  penelitian  ini  dilakukan  dilakukan  pengukuran  head  loss  dari  fluida  yang berhubungan  dengan  debit  dan  tekanan  dinamik  dari  suatu  aliran  dalam  pipa  uji.  Debit  aliran fluida  diatur  dengan  variasi  bukaan  45°,  50°,  55°,  60°,  65°,  70°,  75°,  80°,  85°,  dan  90°,  dan volume 1 liter. Kemudian dilakukan juga pengujian untuk tiga jenis pipa uji dengan kekerasan permukaan dalam pipa yang berbeda yaitu pipa pengujian dengan permukaan dalam pipa tanpa perlakuan, pipa pengujian dengan permukaan dalam pipa dikasarkan dengan amplas tipe (G no 100), dan pipa pengujian dengan permukaan dalam pipa dikasarkan dengan amplas tipe (Three Star no.36). Persamaan yang digunakan (Munson, B. R., Young, D. F. and Okiishi, 2002) adalah:
Debit atau kapasitas aliran:
Q = V/t
........... pers. 1
Keterangan: Q = Debit aliran (m 3 /s) V = Volume air yang mnegalir (m 3 ) t = Waktu Fluida mengalir (s)
Kecepatan Aliran Fluida:
V = Q A = 4.Q 𝜋.d 2 m/s ........... pers. 2
Keterangan: V = Kecepatan Aliran (m/s) Q = Debit aliran (m 3 /s) A = Luas penampang (m 2 )
Tekanan fluida dalam pipa: P = ρ.g. Δ h
........... pers. 3
Keterangan: P = Tekanan fluida (Kg/m.s 2 ) ρ = Massa jenis fluida (kg/m 3 ) Q = Debit air (m 3 /s) Δ h = Beda ketinggian (m) g = Gaya gravitasi (m/s 2 )

## Bilangan Reynolds:
Re = ρ.V.D μ
........... pers. 4
Keterangan: Re = Bilangan Reynolds V = Kecepatan aliran (m/s) D = Diameter pipa (m) ρ = Densitas fluida (Kg/m 3 ) μ = Viskositas dinamik fluida (Kg/m.s)
Koefisien gesek:
f = hf.2.D.g LV 2
........... pers. 5
Keterangan: f = faktor gesek hf = Kerugian tinggi tekan (m) D = diameter pipa (m) L = Panjang pipa (m) g = Gaya gravitasi (m/s 2 )

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengamatan  dan  perhitungan  pada  penelitian  ini  diolah  dalam  bentuk  grafik  yang akan  menjelaskan  hubungan  antara  kapasitas  aliran  dan  kerugian  tinggi  tekan  (Gambar  2),
hubungan kapasitas aliran dan tekanan (Gambar 3), serta hubungan antara bilangan reynolds dan koefisien gesek (Gambar 4).
Gambar 2 . Hubungan anatara Kapasitas Aliran dan Kerugian Tinggi Tekan
Gambar 3 . Hubungan anatara Kapasitas Aliran dan Tekanan
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 K er ug ia n T ing g i Tek a n (m ) Kapasitas Aliran (m 3 /s) Pipa-Tanpa Perlakuan Pipa-Amplas G100 Pipa-Amplas P36 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 T ek a na n (K g /m s 2 ) Kapasitas Aliran (m 3 /s) Pipa-Tanpa Perlakuan Pipa-Amplas G100 Pipa-Amplas P36 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 K o ef is ien G esek Bilangan Reynolds Pipa-Tanpa Perlakuan Pipa-Amplas G100
Pipa-Amplas P36
Pada pipa pengujian dengan permukaan dalam pipa tanpa perlakuan dapat dianalisa bahwa berdasarkan pada grafik (Q-∆h), (Q-P), (Re-f) yang ditunjukkan pada Gambar 2, Gambar 3, dan Gambar 4 dapat dianalisa bahwa pada grafik (Q-∆h), menunjukkan semakin besar harga kapasitas aliran (Q), maka harga kerugian tinggi tekan (∆h) semakin besar, untuk grafik (Q-P) menunjukkan bahwa semakin besar harga kapasitas aliran (Q) maka akan semakin besar harga tekanan fluida air  dalam  pipa  (P),  hal  ini  dikarenakan  semakin  besar  bukaan  pada  katub,  sehingga  distribusi fluida air dalam pipa semakin cepat. Sedangkan untuk grafik (Re-f), menunjukan bahwa semakin besar  harga  bilangan  Reynolds  (Re)  maka,  koefisien  gesek  (f)  semakin  kecil.  Diketahui  harga koefisien  geseknya  rendah,  hal  ini  dapat  dijelaskan  bahwa  pipa  uji  tanpa  perlakuan  dapat dikatakan permukaanya licin sehingga saat fluida mengalir, kontak fluida dengan permukaan pipa pada  lapisan  fluida  yang  terjadi  kecil.  Karena  itu  pipa  mengalami  sedikit  gesekan,  pipa  juga memungkinkan gaya adhesi yang terjadi antara fluida dengan permukaan sangat kecil.
Pada pipa pengujian dengan permukaan dalam pipa dikasarkan dengan amplas tipe G no 100, dapat dianalisa bahwa pda grafik (Q-∆h) menunjukkan semakin besar harga harga kapasitas aliran (Q), maka harga kerugian tinggi tekan (∆h) semakin besar, untuk grafik (Q-P) menunjukkan bahwa semakin besar harga kapasitas aliran (Q) maka akan semakin besar harga tekanan fluida air dalam pipa (P).hal ini dikarenakan semakin besar bukan katub, sehingga distribusi fluida air dalam pipa semakin cepat. Namun untuk besarnya harga dari kerugian tinggi tekan (∆h), kapasitas aliran  (Q),  tekanan  fluida  air  dalam  pipa  (P),  bilangan  Reynols  (Re),  masih  rendah  bila dibandingkan dengan hasil perhitungan pada pipa tanpa perlakuan, namun untuk grafik (Re-f), harga  koefisien  gesek  (f)  yang  terjadi  besar,  dikarenakan  kekasaran  permukaan  yang  tinggi, sehingga gesekan antara fluida dengan permukaan pipa besar.
Pada pipa pengujian dengan permukaan dalam pipa dikasarkan dengan amplas tipe Three Star no. 36, maka dapat dianalisa bahwa dengan memperhatikan grafik pada gambar yang sama menunjukkan bahwa semakin besar harga harga kapasitas aliran (Q), maka harga kerugian tinggi tekan (∆h) semakin besar, untuk grafik (Q-P) menunjukkan bahwa semakin besar harga kapasitas aliran (Q) maka akan semakin besar harga tekanan fluida air dalam pipa (P). hal ini dikarenakan semakin besar bukan katup, sehingga distribusi fluida air dalam pipa semakin cepat. Namun untuk besarnya harga dari kerugian tinggi tekan (∆h), kapasitas aliran (Q), tekanan fluida air dalam pipa (P), bilangan Reynolds (Re), masih rendah bila dibandingkan dengan hasil perhitungan pada pipa tanpa perlakuan, namun untuk grafik (Re-f), harga koefisien gesek (f) sangat besar sehingga harga bilangan  Reynolds  (Re)  cenderung  menurun.  Koefisien  gesek  (f)  yang  terjadi  sangat  besar, dikarenakan kekasaran permukaan yang tinggi, sehingga gesekan antara fluida dengan permukaan pipa sangat besar.
Untuk pipa uji yang telah dikasarkan hampir sama  namun nilai beberapa variable tertentu berbeda itu diakibatkan harga kekasaran relatif atau faktor gesek (ε/d) permukaan yang berbeda. Kekasaran yang terjadi menyebabkan gerak ketidak-teraturan aliran fluida pada lapisan batasnya akibat  dari  gaya  perlawanan  yang  diberikan  tonjolan  bagian  dalam  pipa  akibat  pengamplasan terhadap aliran fluida. Gerak ketidak-teraturan dari fluida ini membutuhkan energi, dan energi ini berasal dari head yang dimiliki, sehingga kerugian tinggi tekan (∆h) yang terjadi semakin tinggi dan menyebabkan kecepatan aliran fluida semakin kecil.
Gesekan dalam aliran fluida dapat mengakibatkan bekurangnya energi yang terdapat dalam aliran fluida tersebut. Kerugian energi tersebut diakibatkan adanya tegangan geser antara fluida yang  mengalir  dengan  permukaan  dinding  pipa  bagian  dalam,  hal  tersebut  diatas  merupakan pengaruh dari kekasaran permukaan pipa yang menyebabkan peningkatan koefisien gesek, akan tetapi kekasaran permukaan sangat berpengaruh meningkatkan koefisien gesek, tapi suatu jenis dan bentuk kekasaran tertentu dapat menurunkan koefisien gesek, besarnya koefisien gesek yang terjadi antara fluida yang mengalir didalam pipa dengan permukaan dinding pipa bagian dalam dipengaruhi  beberapa  faktor  kecepatan  (v),  panjang  pipa  (L),  diameter  pipa  (D),  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Pada  penelitian  ini  peningkatan  kekasaran  pipa  menunjukkan  bahwa  angka  yang ditunjukkan dari hasil perhitungan pipa uji dengan permukaan dalam pipa yang telah dikasarkan cenderung lebih besar dari pipa uji tanpa perlakuan, hal ini berpengaruh terhadap kapasitas aliran
(Q) dan tekanan (P), yaitu semakin kasar permukaan pipa maka nilai dari kapasitas aliran (Q) semakin menurun dan nilai tekanan (P) akan semakin meningkat. Untuk bilangan Reynolds (Re) dan  koefisien  gesek  (f)  didapat  bahwa  bilangan  Reynolds  (Re)  dan  koefisien  gesek  (f) berbanding lurus akan tetapi dengan meningkatnya kekasaran permukaan kedua angka tersebut cendrung lebih tinggi.

## 4. KESIMPULAN
• Kekasaran  permukaan  sangat  berpengaruh  terhadap  rugi  head  (hf)  yang  terjadi  pada aliran fluida, karena semakin kasar permukaan dalam pipa maka nilai kapasitas aliran (Q) semakin menurun dan nilai tekanan (P) (pressure drop) akan semakin meningkat.
• Kekasaran suatu permukaan akan menyebabkan kontak sentuh fluida dengan permukaan pipa lebih lama karena kekasaran akan mengganggu laju aliran pada daerah keluar aliran fluida terbukti dengan menurunnya kapasitas aliran (Q)
• Kekasaran  suatu  permukaan  akan menyebabkan harga  koefisien  gesek menjadi besar. Hal  ini  dikarenakan  adanya  tonjolan-tonjolan  pada  permukaan  dalam  pipa  yang menyebabkan terjadinya gerak ketidakteraturan aliran fluida pada lapisan batas sehingga kapasitas aliran (Q) menurun yang berarti bahwa rugi head semakin tinggi.
• Jenis aliran fluida yang mempunyai gaya adhesi besar adalah pada kekasaran permukaan yang  lebih  kasar  yang  mempunyai  rugi  head  yang  lebih  besar  dari  pada  jenis    aliran fluida yang adhesinya kecil terhadap permukaan yang lebih halus.

## DAFTAR PUSTAKA
Andayani, R. D., Nuryanti, S. Z., Asmadi, A., & Candra, R. (2019). PENGARUH JENIS LAPISAN PERMUKAAN PIPA TERHADAP KOEFISIEN GESEK. In TEKNIKA: Jurnal Teknik (Vol. 5, Issue 2, p. 181). Universitas IBA Palembang. https://doi.org/10.35449/teknika.v5i2.92
Fadhli, F., & Madjid, S. (2017). STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI BELOKAN PIPA (ELBOW) TERHADAP KECEPATAN ALIRAN FLUIDA DAN KERUGIAN TEKANAN. In ILTEK : Jurnal Teknologi (Vol. 12, Issue 1, pp. 1717–1721). ILTEK : Jurnal Teknologi, Universitas Islam Makassar. https://doi.org/10.47398/iltek.v12i01.399
Munson,  B.  R.,  Young,  D.  F.  and  Okiishi  (2002a).  MEKANIKA  FLUIDA.  Edisi  4.  Jilid  1. Diterjemahkan: Harinaldi & Budiarso. 2004. UI. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Munson,  B.  R.,  Young,  D.  F.  and  Okiishi  (2002b).  MEKANIKA  FLUIDA.  Edisi  4.  Jilid  2. Diterjemahkan: Harinaldi & Budiarso. 2004. UI. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Nurnawaty, N., & Sumardi, S. (2020). ANALISIS PERUBAHAN TINGGI TEKANAN AKIBAT SUDUT BELOKAN 900 DAN 450 DENGAN MENGGUNAKAN FLUID FRICTION APPARATUS. TEKNIK HIDRO , 13 , no. 1 (Mekanika Fluida), 28–37. file:///C:/Users/User/Downloads/3980-11982-1-SM.pdf
Yusuf, N., & Hariadi, H. (2021). ANALISIS HASIL PERCOBAAN ALAT PRAKTIKUM RUGI-RUGI ALIRAN DALAM PIPA. In Rang Teknik Journal (Vol. 4, Issue 1, pp. 180– 187). LPPM Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat. https://doi.org/10.31869/rtj.v4i1.2315
Zulhadi, Julianto, E., & Zulyan, M. (2020). ANALISA PERUBAHAN DEBIT TERHADAP
KEHILANGAN TEKANAN PADA PERUBAHAN PENAMPANG ALAT UJI SISTEM ALIRAN FLUIDA MENGGUNAKAN PIPA GALVANIS SKALA LABORATORIUM. In Suara Teknik : Jurnal Ilmiah (Vol. 11, Issue 1, p. 1). Universitas Muhammadiyah Pontianak. https://doi.org/10.29406/stek.v11i1.1917