## FENOMENA KERUGIAN TEKANAN DALAM SALURAN UDARA BERTEKANAN DIATAS SATU ATMOSFER
Ambo Intang * , Muhaimin*, Riki Darmawan* * Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tamansiswa Palembang email: ambo.intang@gmail.com

## ABSTRAK
Praktikum Fenomena Dasar Mesin merupakan praktikum yang dilakukan untuk membuktikan teori-teori pada  mata  kuliah  dasar  keteknik-mesinan  dalam  hal  ini  salah  satunya  adalah  teori  tentang  fenomena kerugian tekanan pada aliran mampu mampat pada suatu saliuran dengan kecepatan aliran tetap pada sisi masuk dan keluar saluran yang bertekanan diatas satu atmosfer. Hal ini dianalisis dengan menggunakan hukum  kontinuitas  dan  kekelan  massa  dalam  mekanika  fluida.  Pada  penelitian  ini  alat  percobaan  yang dirancang berhasil membuktikan bahwa berdasarkan hukum kekekalan massa dan kekontinuitasan dimana luas penampang masuk dan keluar aliran udara serta berat jenis udara tidak berubah maka kecepatan aliran fluida  masuk  dan  keluarpun  tetap  sama    sehingga  seharusnya  tekanan  aliran  tidak  menurun  dengan betambahnya jarak antara sisi masuk  aliran udara terhadap sisi luarannya, akan tetapi  terjadi penurunan tekanan  karena  adanya  faktor  gesekan  dalam  saluran  yang  tidak  bisa  diabaikan.  Fenomena  lain  yang ditunjukkan pada penelitian ini adalah ketika kecepatan aliran diturunkan maka besar tekanan pada setiap titik tekan juga menurun. Hal ini terjadi karena dengan diturunkannya kecepatan alir maka energi kinetik aliran juga menurun sehingga tekanan alirannyapun menjadi lebih kecil. Tetapi penelitian ini belum berhasil membuktikan fenomena klasik dari hubungan kecepatan aliran fulida dan perubahan tekanan aliran bahwa untuk mendapatkan tekanan yang lebih besar maka kecepatan aliran harus lebih kecil.
Kata kunci : fenomena dasar mesin, mekanika fluida , tekanan dan kecepatan alir

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Salah  satu  proses  pembelajaran  penting  dalam  program  studi  S1  teknik  mesin  adalah praktikum fenomena dasar mesin. Standar minimal laboratorium yang dikeluarkan Ditjen Dikti menyebutkan percobaan kerugian tekanan aliran udara sebagai salah satu praktikum fenomena dasar mesin yang wajib dilakukan oleh mahasiswa teknik mesin S1 di Indonesia. Masalahnya, peralatan praktikum tersebut tidak dapat ditemukan dan dibeli, atau jika tersedia harganya sangat mahal (Tabah Priangkoso, Kusdi  Darmanto. 2015).
Penyediaan  peralatan  untuk  melaksakan    praktikum  ini  dibuat  secara  bertahap  di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tamansiswa Palembang. Pada tahap saat ini, peralatan berupa pipa panjang 6,00 m dengan ukuran penampang 0,105 x 0,13 m untuk mewakili saluran udara dan dilengkapi dengan blower radial krishbow untuk menghisap dan mendorong udara masuk saluran (Gambar 1) .

## 1.2. Tujuan Penelitian
Praktikum  Fenomena  Dasar  Mesin  merupakan  praktikum  yang  dilakukan  untuk membuktikan teori-teori pada mata kuliah dasar keteknik-mesinan dalam hal ini salah satunya adalah teori tentang fenomena kerugian tekanan pada aliran mampu mampat (aliran udara) pada suatu saluran dengan kecepatan aliran tetap pada sisi masuk dan keluar saluran yang bertekanan diatas satu atmosfer.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
fenomena kerugian tekanan pada aliran mampu mampat (aliran udara) pada suatu saluran dengan  kecepatan  aliran tetap  pada  sisi  masuk  dan  keluar  saluran  yang  bertekanan  diatas  satu atmosfer dianalisis dengan menggunakan hukum kekelan massa dan persamaan kontinuitas dalam mekanika fulida. Laju aliran massa udara masuk akan sama dengan yang keluar. Laju aliran massa yang  mengalir  dapat  diketahui  dengan  persamaan  dibawah  ini  (Munson,BR.,Young,DF. Okiishi, TH.2002):
𝑚̇ 1 = 𝑚̇ 2
𝜌 1 . 𝑉 1 . 𝐴 1 = 𝜌 2 . 𝑉 2 . 𝐴 1 ........................................................................................(1)
𝑉 1 . 𝐴 1 𝜐 1 = 𝑉 2 . 𝐴 2 𝜐 2
Dimana :
𝑚̇ = laju aliran massa (kg/s) V = kecepatan aliran fluida (m/s) A = luas penampang saluran m 2 ρ = rapat massa (kg/m 3 ) υ = volume jenis (m 3 /kg)
Laju aliran (Q) adalah volume fluida yang dikeluarkan tiap detiknya. Laju aliran dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut:
𝑄 = 𝑉. 𝐴 ................................................................................................................(2)
Laju aliran melalui penampang luasan masuk A 1 dan penampang luasan keluaran A 2 harus sama, dengan demikian:
𝜌 1 . 𝑉 1 . 𝐴 1 = 𝜌 2 . 𝑉 2 . 𝐴 1 .............................................................................................(3)
disebut persamaan kontinuitas. Jika ρ 1 = ρ 2 , maka persamaan kontinuitas menjadi:
𝑉 1 . 𝐴 1 = 𝑉 2 . 𝐴 1 ........................................................................................................(4)
Karena luas penampang sama sepanjang lintasan, berdasarkan persamaan kontnuitas maka kecepatan aliran masuk dan keluar saluran tetap sama.
Kerugian tekanan aliran udara dalam saluran disebabkan oleh gesekan antara udara dengan permukaan dalam pipa yang kemudian muncul dalam persamaan Bernoulli;
𝑃 1 𝜌 + 𝑉 1 2 2 + 𝑔ℎ 1 = 𝑃 2 𝜌 + 𝑉 2 2 2 + 𝑔ℎ 2 + ∆𝑃 .....................................................................(5)
Dari  persamaan  ini,  dapat  diketahui  bahwa  yang  beprngaruh  pada  terjadinya  kerugian tekanan adalah disebabkan adanya perbedaan tekanan antar bagian titik tekan pada saluran karena seluruh variabel yang lain dalam persamaan tersebut sama pada sisi masuk dan sisi keluaran.
∆𝑃 = 𝑃 𝑛+1 − 𝑃 𝑛 dimana :    n = 1,2,3...10  ........................................................(6)

## 3. METODELOGI PENELITIAN
Pada  penelitian  ini,  penurunan  tekanan  (ΔP)  sebanyak  10  bagian  terbagi  merata  pada penampang sisi samping pipa dimulai dari jarak 53,0 cm dari pangkal masuk udara sampai dengan jarak 530 cm diujung keluaran pipa. Alat ukur tekanan aliran diukur dengan menggunakan HT- 1890  Digital  Manometer  yang  inletnya  dihubungkan  ke  nepple  yang  berdiameter  7  mm  dan tersedia di awal dan akhir bagian titik tekan untuk mengukur perubahan tekanan yang terjadi di sepanjang  bagian.  Nepple  Manometer  dipasang  pada  bagian  tengah  sisi  samping  pipa  untuk meminimalkan efek gravitasi yang dapat mempengaruhi pengukuran tekanan (Gambar 2).
Pengukuran tekanan dilakukan untuk laju aliran udara 2,6 m/s, 4,5 m/s, 7,2 m/s, 10,1 m/s, 13,4  m/s,  14,4m/s  (Tabel  1.)  yang  didapat  dengan  menmgatur  posisi  katup  isap  blower  dari bukaan 40 0 ; 50 0 ; 60 0 ; 70 0 ; 80 0 dan 90 0 sebagai bukaan penuh pada busur petunjuk yang dipasang dibawah tuas katup isap   untuk mengetahui konsistensi penurunan tekanan sebagai representasi kerugian  tekanan.  Laju  aliran  udara  ditentukan  dengan  menggunakan  anemometer  yang diletakkan di  ujung keluaran  aliran udara  ketika dilakukan  pengukuran per  bukaan katup isap, sedangkan tekanan perbagian titik tekan diukur dengan manometer digital dalam unit ukur inH 2 O, sedangkan Tekanan disajikan dalam Pa (tekanan absolut).
Gambar 2. Penampang saluran udara dengan penampang persegi panjang HT-1890 Digital Manometer pengukuran tekanan pada tiap bagian titik tekan
Tabel 1. Data Kecepatan Aliran Udara sisi luaran
Orifice Bukaan Penuh Kecepatan Aliran Udara ( m/s ) Bukaan Katup Hisap 90° 80° 70° 60° 50° 40° Sisi luaran 14,4 13,4 10,1 7,2 4,5 2,6
Pada  setiap  bagian  untuk  masing-masing  laju  aliran,  pengukuran  tekanan  dilakukan sebanyak  lima  kali,  dan  hasilnya  ditabelkan  sebagai  rata-rata  tekanan  yang  diukur  pada  tiap bagian dari tekanan terukur dalam InH 2 O dikonversi kedalam satuan Pascal dan disajikan dalam tekanan absolutnya (Tabel 2).
Tabel 2. Hasil pengukuran tekanan yang telah dikonversi dari tekanan ukur  inH 2 O ke tekanan Absolut (Pa) pada lokasi pengukuran manometer diukur dari inlet pipa
Titik Tekan Aliran Massa Udara ( m/s ) sisi luaran Tekanan Absolut Udara (Pa) 14,4 13,4 10,1 7,2 4,5 2,6 0,53 263.233 250.778 178.542 146.161 121.252 118.761 1,06 260.742 245.797 176.051 141.179 116.270 116.270 1,59 260.742 245.797 173.561 136.197 116.270 116.270 2,12 255.760 238.324 168.579 131.216 116.270 116.270 2,65 250.778 230.851 166.088 131.216 116.270 113.779 3,18 245.797 225.869 163.597 131.216 116.270 113.779 3,71 245.797 218.397 158.615 131.216 111.288 111.288 4,24 245.797 213.415 158.615 126.234 111.288 111.288 4,77 240.814 213.415 151.143 126.234 111.288 111.288 5,30 235.833 208.433 148.652 126.234 111.288 111.288 5,83 235.833 205.942 146.161 121.252 108.798 108.798

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan  antara  Tekanan  absolut  hasil  pengukuran  pada  masing  –masing  bagian  titik tekan aliran aliran udara dituangkan dalam bentuk grafik (Gambar 3) yang bersumber dari data Tabel  2.  Terlihat  bahwa  tekanan  udara  di  dalam  pipa  berada  di  atas  tekanan  atmosfir,  terjadi karena blower menghisap udara dan momentum aliran udara  ditingkatkan melalui tarikan sudu blower  dan  dorongan  dari  sudu  blower  sehingga  aliran    udara  yang  bertekanan  masuk  dalam saluran inlet pipa uji. Disamping itu juga didapatkan adanya penurunan tekanan pada tiap bagian titik tekan aliran udara, dimana semakin dekat dengan inlet pipa uji, maka semakin tinggi tekanan yang dideteksi manometer.demikian juga sebaliknya.
Gambar 3. Hubungan antara hasil pengukuran tekanan dengan jarak manometer pada variasi laju aliran udara
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
T ek a na n Abs ( K P a ) Jarak manometer dari inlet (m) V 14,4 m/s V 13,4 m/s V 10,1 m/s V 7,2 m/s V 4,5 m/s
V 2,6 m/s
Pada  Gambar  3  dapat  dilihat  bahwa  pada  laju  aliran  udara  yang  meningkat,  tekanan  di dalam pipa juga semakin tinggi pada semua lokasi manometer. Tekanan tertinggi sebesar 263.233 Pa dihasilkan oleh aliran udara dengan laju 14,4 m/s dan terendah pada aliran  4,5 dan 2,6 m/s dengan tekanan 108.798 Pa, Gambar 3 juga menunjukkan bahwa kecepatan aliran minimum yang dapat diaplikasikan pada alat untuk menunjukkan terjadinya penurunan tekanan adalah 4,5 m/s karena walaupun diturunkan sampai ke 2,6 m/s hasilnya berimpit atau tetap sama. Alat praktikum berhasil menyajikan fenomena penurunan tekanan sebagai bentuk kerugian tekanan aliran udara karena pada semua laju aliran, terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa, semakin jauh lokasi manometer dari inlet pipa, tekanan yang terukur semakin rendah.
Pemeriksaan  terhadap  kerugian  tekanan  digunakan  untuk  sebagai  pedoman  bagi pembimbing  atau  asisten  praktikum  dalam  menjalankan  tugasnya  (Priangkoso,  Tabah. Kurniawan, Nasir Darmanto. 2017 ) . Kerugian tekanan pada tiap bagian titik tekan dapat dilihat pada Tabel 3.
Kerugian  tekanan  yang  timbul  pada  tiap  bagian  titik  tekan  sudah  mendekati  standar ASHRAE  (Wessel,  Claridge,  Kohloss,  Rock,  Underwood,    Woodford,  2001).  Hal  ini disebabkan pembuatan pipa dilakukan dengan hati-hati. Permukaan dalam pipa sudah diusakan untuk dihaluskan terlebih dahulu sehingga sesuai dengan kondisi duct yang sebenarnya.
Tabel 3 Kerugian tekanan pada tiap bagian titik tekan  pipa (Pa/m)
Bagian Titik Tekan Aliran Massa Udara ( M/S ) Sisi Luaran Rerata Kerugian Tekanan  (Pa/M) 14,4 13,4 10,1 7,2 4,5 2,6 1 4.700 4.981 2.491 4.982 4.982 2.491 4.105 2 0 0 2.490 4.982 0 0 3.320 3 4.982 7.473 4.982 4.981 0 0 3.736 4 4.982 7.473 2.491 0 0 2.491 2.906 5 4.981 4.982 2.491 0 0 0 2.076 6 0 7.472 4.982 0 4.982 2.491 3.321 7 0 4.982 0 4.982 0 0 1.661 8 4.983 0 7.472 0 0 0 2.076 9 4.981 4.982 2.491 0 0 0 2.076 10 0 2.491 2.491 4.982 2.490 2.490 2.491 Rerata 2,961 4.484 3.238 2.491 1.245 0,996
Pengamatan pada bagian dalam pipa memperlihatkan bahwa aliran udara tidak mengalami hambatan yang besar karena penampangnya yang lumayan besar yakni 10,5 cm x 13 cm. Tapi aliran  udara  mengalami  hambatan  oleh  tube  nipple  manometer  yang  tegak  lurus  dengan  arah aliran sampai dengan garis tengah pipa dan tangkapan aliran udaranya sejajar dengan aksisnya karena  tube  tersebut  dibuat  menyiku  tetapi  hambatan  tersebut  tidak  terlalu  signifikan  terbuti dengan banyaknya titik tekan yang penurunan tekanannya konstan.
Kelebihan lain dari penelitian ini adalah digunakannya manometer digital HT-1890 yang tingkat akurasinya tinggi, hal tersbut dapat dilihat dari penurunan tekanan yang terjadi lebih besar pada laju aliran lebih tinggi dibanding kerugian tekanan pada laju yang lebih rendah.
Pada  Tabel  3  misalnya,  dapat  dilihat  jika  hanya  pada  bagian  titik  tekan  1,  penurunan tekanan  pada  laju  14,4  m/s  sebesar  4700  Pa/m  lebih  rendah  dibanding  dengan  laju  aliran dibawahnya  tapi  hal  ini  tidak  terjadi  di  sembilan  bagian  titik  tekan  selanjutnya,  sehingga  bisa dilihat  bahwa  selain  bagian  titik  tekan  1  terlihat  bahwa  penurunan  tekanan  mennurun  dengan menurunnya kecepatan aliran.
Pengukuran  pada  bagian  titik  tekan  dengan  bagian  titik  tekan  yang  paling  banyak  tidak adanya penurunan tekanan (0 Pa/m) terjadi pada bagian titik tekan 7, 5, 8 dan 9 sebesar rata-rata 1.661 Pa/m dan 2.076 Pa/m. Ini menunjukkan bahwa permukaan dalam pipa pada  bagian titik tekan 7, 5, 8 dan 9 lebih halus dibanding bagian titik tekan lainnya. Dan, khususnya pada bagian
titik tekan 5 dan 7 menunjukkan pengukuran sudah akurat, karena penurunan tekanan lebih rendah pada laju aliran yang lebih rendah. Ketidak konsistenan penurunan tekanan terjadi secara kasat mata terlihat pada bagian titik tekan 6 melampaui penurunan tekanan yang lain,sehingga tidak termasuk  dengan  kategori  empat  lainnya,  hal  ini  disebabkan  turbulensi  aliran  sesaat  sebelum memasuki bagian titik tekan 5 karena sebelum aliran udara masuk ke bagian titik tekan 5 terdapat sambungan pipa dan aliran normal kembali di bagian titik tekan 7.
Pada alat praktikum ini, fenomena penurunan tekanan sebagai representasi dari kerugian tekanan  aliran  udara  dalam  pipa  sudah  tersajikan  dengan  baik,  bisa  dilihat  dari  umumnya terjadinya penurunan tekanan yang semakin besar pada laju yang lebih besar. Hal ini terjadi akibat dari ketepatan pengukuran tekanan dalam menggunakan manometer digital.
Adapun, pemasangan pipa manometer pada sisi dalam pipa, menonjol dari sisi dalam pipa dan  membentuk  letrel  L  Hal  ini  diperlukan  untuk  mengkondisikan  kecepatan  aliran  agar membesar  pada  daerah  yang  mendekati  sumbu  pipa,  sehingga  hasil  pengukuran  manometer menjadi lebih tepat.
Gambar 4. Penurunan tekanan pada tiap bagian titik tekan  untuk laju aliran udara 14, 4m/s, 13,4 m/s, 10,1 m/s, 7,2 m/s, 4,5 m/s, 2,6 m/s
Penurunan tekanan  yang teratur dapat dilihat  pada  Gambar  4  yang menunjukkan  bahwa penurunan tekanan pada tiap-tiap bagian titik tekan sudah mendekati rata-rata sama dan pada laju aliran yang lebih tinggi maka penurunan tekanannya lebih tinggi.
Menggunakan persamaan (5), seharusnya penurunan tekanan merupakan kuadrat dari laju aliran,  tetapi  tidak  terjadi  karena  kecepatan  aliran  sisi  masuk  dan  sisi  keluar  sama  sehingga pengaruhnya pada sistem aliran diabaikan maka Gambar 4 akhirnya cendrung membentuk kurva linear dan telah menggambarkan fenomena yang sebenarnya.
Sebagai alat praktikum, alat ini dapat digunakan secara lebih luas yang bukan saja untuk menunjukkan adanya penurunan tekanan aliran sebagai kerugian tekanan aliran udara dalam pipa, tetapi juga dapat digunakan untuk menyajikan fenomena penurunan tekanan sebagai fungsi linear laju aliran dengan berdasarkan pada persamaan kontinuitas dan kekekalan massa dalam analisis mekanika fluida.
Pengembangan lebih lanjut diperlukan agar alat praktikum ini mampu menunjukkan secara signifikan  fenomena  yang  dikehendaki  yaitu  penurunan  tekanan  sebagai  fungsi  kuadrat  laju aliran.  Pengembangan  utama  yang  diperlukan  adalah  perubahan  posisi  blower  dari  sisi  masuk pipa uji menjadi sisi keluaran pipa uji.
0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 P enurun a n T ek a na n (P a /m ) Bagian titi tekan

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1 Fenomena  kerugian  tekanan  dalam  saluran  udara  bertekanan  diatas  satu  atmosfer menunjukkan bahwa penurunan tekanan sebagai representasi dari kerugian tekanan aliran udara dalam pipa terjadinya penurunan tekanan yang semakin besar pada laju aliran yang lebih besar
2 Alat  yang  digunakan  untuk  melakukan  pengujian  kerugian  tekanan  pada  aliran  udara dalam  pipa  ini  juga  dapat  digunakan  untuk  membuktikan  bahwa  fenomena  penurunan tekanan sebagai fungsi linear laju aliran pada aliran udara dalam pipa.
3 Penurunan tekanan yang teratur menunjukkan bahwa penurunan tekanan pada tiap-tiap bagian titik tekan sudah mendekati rata-rata sama dan pada laju aliran yang lebih tinggi maka  penurunan  tekanannya  lebih  tinggi,  hal  ini  terjadi  karena  kehalusan  permukaan, penampang saluran yang besar dan pengukuran tekan tingkat akurasinya tinggi.
5.2. Saran
1 Perbaikan perlu dilakukan pada bagian pipa manometer, yaitu dengan membuat radius tertentu pada pipa siku manometer dalam pipa saluran uji.
2 Perbaikan  lainnya  adalah  meratakan  atau  memperhalus  sambungan  pada  pipa  yang terletak  antara  segemn  4  dan  segmen  5  sehingga  kecendrungan  aliran  udara  untuk membentuk turbulensi tidak terjadi lagi bagian titik tekan 7.
3 Pengembangan utama yang diperlukan adalah perubahan posisi blower dari sisi masuk pipa  uji  menjadi  sisi  keluaran  pipa  uji,  agar  alat  praktikum  ini  mampu  menunjukkan secara signifikan fenomena yang dikehendaki yang lain yaitu penurunan tekanan sebagai fungsi kuadrat laju aliran.

## DAFTAR PUSTAKA
Munson,BR.,Young,DF.  Okiishi, TH.2002. Mekanika Fluida .Edisi 4. Jilid 1. Diterjemahkan :
Harinaldi  Budiarso.2004. UI. Jakarta:
Penerbit Erlangga.
Priangkoso, Tabah. Kusdi  Darmanto. 2015. Perancangan Alat Praktikum Pengujian Kerugian Tekanan  Aliran  Udara  Dalam  Pipa .  Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin.  Universitas  Wahid Hasyim Semarang.Tersedia Di https://scholar.google.co.id/scholar?hl=idas_sdt=0%2C5q=PERANCANGAN+ALA T+PRAKTIKUM+PENGUJIAN+KERUGIAN+TEKANAN+ALIRAN+UDARA+DALAM +PIPAbtnG=
Priangkoso, Tabah. Kurniawan, Nasir Darmanto. 2017. Analisis Pengaruh Laju Aliran Udara terhadap  Kerugian  Tekanan  pada  Saluran  Udara .  Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin.
Universitas Wahid Hasyim Semarang.Tersedia Di https://scholar.google.co.id/scholar?hl=idas_sdt=0%2C5q=PERANCANGAN+ALA T+PRAKTIKUM+PENGUJIAN+KERUGIAN+TEKANAN+ALIRAN+UDARA+DALAM +PIPAbtnG=
https://www.sensorsone.com/pressure-converter/
Wessel, Dennis J., et al. 2001. ASHRAE Fundamentals Handbook (SI). s.l. :ASHRAE, 2001.