SINERGI Polmed
: JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN
Homepage jurnal: http://ojs.polmed.ac.id/index.php/Sinergi/index
PENGARUH KECEPATAN ALIRAN

## UDARA TERHADAP
PENURUNAN TEKANAN PADA SALURAN PIPA 3 INCI
Boni Junita a* , Ambo Intang a* , Satim Ependi a , Rusnadi a
a Program Studi Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Tamansiswa Palembang, Jalan Taman Siswa No.261, Kota Palembang, Sumatera Selatan, Indonesia *Corresponding authors at: bonijunita21@gmail.com (Boni), ambo.intang@gmail.com (B. Ambo) Tel.: +62857-5816-7070
I N F O A R T I K E L

## Riwayat artikel:
Diajukan pada 11 Januari 2024 Direvisi pada 19 Januari 2024 Disetujui pada 31 Januari 2024 Tersedia daring pada 02 Maret 2024

## Kata kunci:
Tekanan, penurunan tekanan, kecepatan aliran, pipa, udara.
Keywords: Pressure, pressure drop, flow velocity, pipe, air.
A B S T R A K
Penurunan tekanan  merupakan  salah  satu  masalah  utama  dalam  suatu  prosess,  karena jika  penurunan  tekanan  yang  terjadi  tinggi  maka  energi  yang  di  perlukan  akan  lebih banyak.  Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengamatan  terhadap  variabel  yang mempengaruhi  penurunan  tekanan  udara  sepanjang  aliran  pada  pipa  seperti  gesekan antara udara dan dinding pipa. Peralatan pada penelitian ini berupa pipa besi diameter 3 inci, pajang 550 cm dan tebal 2 mm. Pipa besi ini memiliki 10 titik pengukuran tekanan P1 sampai P10 dengan jarak 53 cm setiap titiknya, serta terdapat alat pengatur udara dan katup pengatur aliran udara bukaan katup 40°, 60° dan 90°. Hasil penelitian menunjukan jika  titik  tekanan  P10  memiliki  nilai  tekanan  tertinggi  pada  setiap  kecepatan  laju  alir udara  dan  pada  titik  tekanan  P1  memiliki  nilai  tekanan  paling  rendah  bahkan  untuk seluruh variasi kecepatan laju alir udara. Tekanan tertinggi terdapat pada titik tekanan P10 adalah sebesar 101,798 Pa pada variasi kecepatan laju alir udara sebessar 20 m/s dan terendah pada variasi kecepatan laju alir udara 13 m/s dengan tekanan 101,384 Pa pada P1. Penurunan tekanan udara pada setiap titik tekanan memiliki nilai yang tidak besar yaitu 7,472 Pa hingga 74,326 Pa. Kecepatan laju alir udara akan mempengaruhi nilai  penurunan  tekanan  karena  adanya  variasi  kecepatan  laju  alir  udara.  Tingkat penurunan tekanan udara terjadi karena gesekan pada dinding pipa besi. Jarak antar titik tidak  menjadi  pengaruh  karena  jarak  titik  tekan  tidak  terlalu  jauh,  sehingga  terjadi peningkatan  tekanan  udara  pada  sisi  hisap  aliran  udara  dan  hasilnya  nilai  penurunan tekanan terlalu signifikan.
A B S T R A C T
Pressure drop is one of the most significant issues that can arise throughout a process. This is due to the fact that if the pressure drop that takes place is significant, then the amount of energy that is required will also be greater. In this study, observations were made of variables that affect air pressure drop along the flow in pipes such as friction between air and pipe walls. The equipment in this study is a 3 -inch diameter iron pipe, 550 cm long and 2 mm thick. This iron pipe has 10 pressure measurement points P1 to P10 with a distance of 53 cm at each point, and there is an air regulator and an air flow regulator valve opening 40 °, 60 ° and 90 ° . The results showed that the P10 pressure point had the highest-pressure value at each air flow rate speed and at the P1 pressure point had the lowest pressure value even for all variations in air flow rate speed. The highest absolute pressure found at pressure point P10 is 101.798 Pa at a variation of air flow rate speed of 20 m/s and the lowest at a variation of air flow rate speed of 13 m/s with  an  absolute  pressure  of 101.384  Pa at P1 .  The  decrease  in  air  pressure  at  each pressure point has a value that is not large, namely 7.472 Pal/m to 74.326 Pa/m . The speed of the air flow rate will affect the value of the pressure drop due to variations in the speed of the air flow rate. The level of air pressure drop occurs due to friction on the iron pipe wall. The distance between points is not an influence because the distance of the  pressure  point  is  not  too  far  away,  so  there  is  an  increase  in  air  pressure  on  the suction side of the air flow and the result is that the pressure drop value is too significant.

## 1. PENGANTAR
Penurunan tekanan merupakan salah satu masalah utama dalam suatu prosess konversi energi dan proses industri lainnya, karena jika penurunan tekanan yang terjadi tinggi maka energi yang di perlukan pada proses tersebut akan lebih banyak, kemudian jika energi yang dibutuhkan lebih banyak maka biaya yang dibutuhkan pada proses tersebut akan lebih mahal (Zulnazri dkk., 2019). Penurunan tekanan pada fluida yang mengalir dalam pipa terjadi karena mengalami gesekan antara fluida dengan dinding pipa. Gaya gesek yang terjadi di antara  dua  permukaan  yang  saling  bersinggungan  merupakan  faktor  friksi  didefenisikan  sebagai  gaya  gesek  (Andayani  dkk.,  2019). Kehilangan  tenaga  dan  debit  aliran  memiliki  hubungan  berdasarkan  perhitungan  laju  aliran  fluida  pada  jaringan  pipa,  yaitu  jika  aliran semskin besar dengan koefisien rugi head tinggi, maka rugi head pada setiap panjang pipa semakin besar (Nurcholis, 2008).
Pada aplikasinya terdapat banyak gesekan yang dapat memperlambat kecepatan atau proses pengaliran fluida didalam pipa, dan dalam mekanika fluida dinyatakan bahwa pada aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut (Intang dan Junita, 2023). 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 dkk., 2019).  Perancangan sistem pipa bertekanan yang tepat mampu meningkatkan efisiensi distribusi aliran fluida bertekanan dan menurunkan persentase kerugian tekanan aliran fluida yang signifikan. Namun pada sistem pipa bertekanan, aliran  fluida  sering  mengalami  kondisi  penurunan  tekanan  yang  disebabkan  karena  aliran  fluida  mengalami  gesekan  di  sepanjang permukaan pipa (Miguel, 2018; Kong et al, 2018; Ismail dkk., 2019).

## 2. METODE
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan peralatan praktikum di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tamansiswa Palembang. Bagian-bagian dari peralatan tersebut dapat dilihat pada gambar 1. Peralatan pada penelitian ini berupa pipa besi diameter 3 inci, pajang 550 cm dan tebal 2 mm. Pipa besi ini memiliki 10 titik pengukuran tekanan terbagi merata pada penampang  sisi  samping  pipa dimulai  dari  jarak 53  cm dari pangkal  masuk  udara  sampai  dengan jarak  530  cm  diujung keluaran  pipa. Kemudian disisi lainnya terdapat alat pengatur udara yang dapat diatur untuk menghisap maupun mendorong udara sepanjang pipa besi, serta dilengkapi dengan katup pengatur aliran udara dengan pengaturan berdasarkan derajat bukaan katup 0 – 90 ° .
(a)
(b)
(c)
Gambar 1: Seperangkat peralatan pengujian penurunan tekanan aliran udara (a) Pipa besi 550 cm diameter 3 inci tebal 2 mm, (b) Alat hisap atau pendorong udara, dan (c) Katup pengatur udara
Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data berupa data tekanan pada setiap titik sepanjang pipa besi dengan menggunakan alat pengukur tekanan udara dan pengukuran kecepatan aliran pada gambar 2 di bawah.
(a) (b)
Gambar 2: Alat Pengukuran (a) Alat pengukur tekanan udara, (b) Alat pengukur kecepatan aliran udara
Penelitian dilakukan dengan mengambil data pengamatan berupa tekanan pada 10 titik sepanjang pipa besi dengan laju alir pada bukaan katup 40 ° , 60 ° dan 90 ° yang merupakan variabel berubah pada penelitian ini. Data yang didapat dari penelitian ini diolah dengan menggunakan rumus  penurunan tekanan di bawah ini, dimana penurunan tekanan aliran udara dalam saluran disebabkan oleh gesekan antara udara dengan permukaan dalam pipa yang kemudian muncul dalam persamaan Bernoulli dan yang berpengaruh pada terjadinya
penurunan 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 (Nurcholis, 2008; Munson et al., 2002; Intang dkk., 2020; Sultan dkk., 2020).
Bruce dan Donald (2008) menjelaskan bahwa analisis penurunan tekanan udara pada sistem pemipaan diawali dengan melakukan perhitungan luas penampang area pipa untuk mengetahui kondisi kecepatan aliran udara yang melewati pipa bertekanan tersebut. Analisa luas penampang area dan kecepatan aliran udara dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan 4 dan 5. Penurunan tekanan aliran udara secara mayor dilakukan untuk menganalisis pengaruh gesekan antara dinding pipa terhadap potensi penurunan dari aliran udara yang mengalir di dalam sistem pemipaan bertekanan dengan menggunakan Persamaan 6. Faktor gesekan yang digunakan dapat diketahui dengan menggunakan diagram Moody . Perhitungan penurunan tekanan minor dilakukan untuk menganalisis pengaruh adanya sambungan yang terdapat pada sistem pemipaan terhadap penurunan tekanan aliran udara yang dilakukan dengan menggunakan Persamaan  7. Koefisien kerugian  komponen  sambungan  pipa  (K)  memiliki  nilai  berbeda  yang  disesuaikan  dengan  bentuk  sambungan  pipa.  Keseluruhan  data penurunan tekanan baik bersifat minor maupun mayor dilakukan penjumlahan untuk menentukan kondisi penurunan tekanan aliran udara pada  sistem  pemipaan  secara  total,  dimana  perhitungannya  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  Persamaan  8.  Persentase  penurunan tekanan dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tekanan yang dapat bekerja terhadap tekanan aliran udara dengan kondisi standar yang telah ditentukan, dan nilai persentase tersebut menandakan seberapa besar pengaruh penurunan tekanan terhadap kondisi standar tekanan aliran udara pada sistem pemipaan bertekanan dengan mengacu analisa Persamaan 9 dan 10.
A = π 𝑟 2 (4)
v = 𝑄 𝐴
(5)
ℎ 𝑓 = 𝑓 𝐿 𝐷 𝑣 2 2𝑔 (6)
ℎ 𝐿 = 𝐾 𝑣 2 2𝑔 (7)
∆ P = ℎ 𝑓 +   ℎ 𝐿 (8)
P = 𝑃 𝑆𝑇𝐴𝑁𝐷𝐴𝑅 −   ∆𝑃 (9) % ∆P = ∆𝑃 𝑃 𝑆𝑇𝐴𝑁𝐷𝐴𝑅 (10)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini data yang didapat berupa nilai tekanan udara pada tiap titik tekan sebanyak 10 titik dan kecepatan laju alir udara yang ditentukan berdasarkan bukaan katup. Alat pengatur udara diatur agar bekerja dengan sistem hisap yang diposisikan di belakang atau di ujung akhir pipa besi. Pada penelitian ini bukaan katup yang merupakan variabel pengamatan pada bukaan katup sebesar 40° kecepatan laju alir udara sisi hisap adalah 13 m/s, pada bukaan katup 60° kecepatan laju alir udara sisi hisap adalah 18 m/s dan pada bukaan katup 90° kecepatan aliran udara sisi hisap adalah 20 m/s. Data tekanan udara pada setiap titik diukur dengan menggunakan alat pengukur tekanan udara yang dapat dilihat seperti pada tabel 1 di bawah ini.
Table 1: Hasil Pengukuran Tekanan Pada Setiap Titik Sepanjang Pipa Besi
Titik Tekanan (Pascal) Variasi Bukaan Katup 40° 60° 90° P1 101.384 101.419 101.437 P2 101.409 101.442 101.452 P3 101.417 101.459 101.476 P4 101.424 101.489 101.524 P5 101.461 101.539 101.576 P6 101.489 101.608 101.632 P7 101.506 101.631 101.648 P8 101.519 101.639 101.698 P8 101.529 101.678 101.748 P10 101.549 101.708 101.798
Hasil  penelitian berupa  data pengamatan  seperti pada  tabel 1 di  atas  kemudian diolah  menjadi bentuk  grafik garis  seperti  pada gambar 3 di bawah ini. Berdasarkan pada grafik tersebut bahwa terjadi kenaikan tekanan sepanjang titik tekanan pengamatan, semakin mendekati alat pengatur udara maka tekanan akan semakin tinggi karena posisi pengambilan data dimulai dari sisi yang berlawanan dengan
posisi alat pengatur udara, serta alat bekerja dengan sistem hisap sehingga kenaikan tekanan pasti terjadi. Pada grafik di bawah juga terlihat bahwa kecepatan aliran udara akan mempengaruhi nilai tekanan yang dihasilkan, karena semakin tinggi kecepatan laju alir udaranya maka akan  semakin  tinggi  tekanan  yang  dihasilkan  dalam  suatu  sistem.  Hasil  penelitian  yang  ditunjukan  pada  grafik  di  bawah  ini  juga memperlihatkan bahwa pada titik tekanan yang paling dekat dengan alat pengatur udara atau pada P10 memiliki  nilai tekanan tertinggi pada setiap kecepatan laju alir udara dan pada titik tekanan awal atau yang paling jauh dari alat pengatur udara  yaitu P1 memiliki nilai tekanan paling rendah bahkan untuk seluruh variasi kecepatan laju alir udara. Tekanan tertinggi terdapat pada titik tekanan P10 adalah sebesar 101.798 Pa pada variasi kecepatan laju alir udara sebessar 20 m/s dan terendah pada variasi kecepatan laju alir udara 13 m/s dengan tekanan 101.384 Pa pada P1.

## Gambar 3: Grafik hasil pengukuran tekanan absolut dalam satuan Pascal terhadap variasi kecepatan laju aliran udara
Data pengamatan yang telah didapatkan diolah kembali dengan perhitungan untuk mendapatkan penurunan tekanan pada setiap titik tekanan perjarak antar titik. Pipa besi memiliki 10 titik tekanan yang berupa saluran kecil dengan diameter 7 mm dan memiliki jarak antara titik tekanan P1 sampai P10 adalah 53 cm, 106 cm, 159 cm, 212 cm, 265 cm, 318 cm, 371 cm, 424 cm, 477 cm, 530 cm. Data pengamatan tersebut diolah dengan perhitungan dan disajikan dalam bentuk grafik seperti pada tabel 2 yaitu tabel data penurunan tekanan udara sepanjang pipa besi (Pa/m) dan Gambar 4 di bawah ini yang merupakan gambar grafik penurunan tekanan setiap bagian titik tekanan pada variasi bukaan katup .
Table 2: Penurunan Tekanan Udara Sepanjang Pipa Besi Dalam Satuan Pascal per Meter (Pa/m)
Titik Tekanan (Pascal) Variasi Bukaan Katup Rata-Rata 40° 60° 90° P1 – P2 24,908 22,418 14,945 20,757 P2 – P3 7,472 17,436 24,908 16,605 P3 – P4 7,472 29,890 47,326 28,229 P4 – P5 37,363 49,817 52,308 46,496 P5 – P6 27,399 69,744 74,326 57,803 P6 – P7 17,436 22,418 24,906 23,253 P7 – P8 12,454 34,872 49,819 33,715 P8 – P9 9,963 12,454 49,817 24,078 P9 – P10 19,927 29,890 49,817 33,211 Rata-Rata 16,296 32,104 43,130 30,510 P1 P2 P3 P4
P5 P6 P7 P8 P9 P10 13 m/s 101.384 101.409 101.417 101.424 101.461 101.489 101.506 101.519 101.529 101.549 18 m/s 101.419 101.442 101.459 101.489 101.539 101.608 101.631 101.639 101.678 101.708 20 m/s 101.437 101.452 101.476 101.524 101.576 101.632 101.648 101.698 101.748 101.798 101.1 101.2 101.3 101.4 101.5 101.6 101.7 101.8 101.9 T ek an an Abs o lu t (P as cal)
Gambar 4: Grafik penurunan tekanan setiap bagian titik tekanan pada variasi bukaan katup
Pada  tabel  2  dan  grafik  pada  Gamabr  4  di  atas  menunjukan  bahwa  penurunan  tekanan  pada  setiap  bagian  titik  tekanan  sudah mendekati rata-rata sama dan pada variasi kecepatan laju alir udara yang lebih tinggi maka penurunan tekanannya lebih tinggi. Berdasarkan persamaan penurunan tekanan maka 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  di  atas  hasilnya  cendrung membentuk  kurva  linear  dan  telah  mengambarkan  fenomenan  yang  sebenarnya.  Pada  gambar  4  di  atas  juga  memperlihatkan  bahwa penurunan tekanan udara pada setiap titik tekanan memiliki nilai yang tidak besar yaitu 7,472 Pascal/m hingga 74,326 Pascal/m. Penurunan tekanan tersebut dapat disebabkan oleh nilai titik tekanan yang di hasilkan tidak begitu signifikat, sehingga nilai penurunan tekanan yang di hasilkan tergolong kecil. Data pada bagian jarak titik penekanan ukur dalam pipa besi memperlihatkan bahwa aliran udara mengalami sedikit hambatan yang cukup besar karena pengaruh penampangnya berbentuk bundar, sedangkan kecepatan aliran udara diatas tekanan atmosfir. Udara di dalam saluran pipa besi mengalami hambatan yang lumayan besar dikarenakan faktor sambungan titik tekanan untuk pengukuran tekanan berlawanan arah aliran sampai garis tengah pipa dan tangkap aliran udaranya sejajar dengan aksinya karena pipa besi di buat berbentuk menyiku. Hambatan tersebut cukup signifikat terbukti dengan banyaknya titik tekan penurunanya konstan.

## 4. KESIMPULAN
Hasil dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa telah terjadi fenomena penurunan tekanan akibat gesekan pada aliran massa udara dalam saluran pipa besi sehingga terjadi penurunan tekanan di setiap segmen sepanjang pipa. Kecepatan laju alir udara akan mempengaruhi nilai penurunan tekanan. Tekanan tertinggi yaitu 101.798 Pa pada kecepatan laju alir udara 20 m/s dan tekanan terendah yaitu 101.384 Pa pada kecepatan laju alir udara 13 m/s.
Tingkat penurunan tekanan udara terjadi karena faktor tekanan atau gesekan pada dinding pipa besi. Jarak antar titik tidak menjadi pengaruh penurunan tekanan karena pengaruh jarak titik tekan tidak terlalu jauh, dan juga kecepatan laju alir udara di variasikan pada bukaan katup sisi hisap pada alat, sehingga terjadi peningkatan tekanan udara pada sisi hisap aliran udara dan hasilnya nilai penurunan tekanan terlalu signifikan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih para penulis dengan penuh rasa syukur menyampaikan terima kasih kepada Kepala Laboratorium Konversi Energi dan Ketua Program Studi Teknik Mesin, Dekan dan Rektor Universitas Tamansiswa Palembang atas izin penggunaan tempat untuk melakukan penelitian.

## DAFTAR PUSTAKA
Andayani, R. D., Nuryanti, S. Z., Asmadi, A., & Candra, R. (2019). Pengaruh Jenis Lapisan Permukaan Pipa Terhadap Koefisien Gesek. Teknika: Jurnal Teknik, 5(2), 181-188. Bruce R.M., Donald F.Y. 2008. Mekanika Fluida. Edisi Keempat. Erlangga, Jakarta.
Intang, A., & Junita, B. (2023). Analisa Pengaruh Kekerasan Permukaan Terhadap  Kapasitas Aliran Viskositas Dan Tinggi Aliran Dalam Pipa. Teknika : Jurnal Teknik, 9(2), 136–142.
Intang, A., Muhaimin, & Darmawan, R. (2020).  Fenomena Kerugian Tekanan Dalam Saluran Udara Bertekanan Diatas Satu Atmosfer. Teknika: Jurnal Teknik, 7(1), 1–7. www.teknika-ftiba.info.
Ismail, Pane, E. A., Suyitno, B. M., & Yudhanto, F. D. (2019). Analisis Penurunan Tekanan Aliran Udara Pada Pipa Bertekanan. Flywheel: Jurnal Teknik Mesin Untirta, V (2), 13–20.
Munson, BR., Young,DF. & Okiishi, TH. 2002. Mekanika Fluida Edisi 4. Jilid 1. Diterjemahkan: Harinaldi & Budiarso. 2004. UI. Jakarta: Penerbit Erlangga.
0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P en u ru n a n T eka n an ( P as ca l) Bagian Titik Tekanan
Nurcholis, L., 2008, Hasil Penelitian Perhitungan Laju Aliran Fluida Pada Jaringan Pipa Vol. 7, Juni 2008, ISSN: Jurnal Unimus, p: 1693- 3451.
Sultan, A. D., Rizky, Hidayat, Mulyani, S., & Yusuf, W. A. (2020). Analysis of the Effect of Cross-sectional Area on Water Flow Velocity by Using Venturimeter Tubes. Jurnal Pendidikan Fisika, 8(1), 94–99.
Zulnazri,  Asyabul  Zikki,  M.,  &  Hakim,  L.  (2019).  Menghitung  Pressure  Drop  pada  Fluidized  Bed  dengan  Bahan  Ketumbar. Jurnal Teknologi Kimia Unimal, 2, 89–98.