Pengaruh perubahan diameter pipa mendadak 1 inch ke ¾ dan 1 ¼ inch terhadap pressure drop dengan variasi bukaan katup
Muhammad Taufiq Afifudin 1* , Basuki 2 , Mohammad Arif Irfa’i 3
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Hasyim Asy’ari Jombang Jl. Irian Jaya No. 55, Tebuireng, Cukir Kec. Diwek Kab. Jombang 2, 3 Jurusan Teknik Mesi n, Fakultas Teknik, Universitas Hasyim Asy’ari Jombang Jl. Irian Jaya No. 55, Tebuireng, Cukir Kec. Diwek Kab. Jombang
*Corresponding author : m.taufiqafifudin@gmail.com

## Abstract
Application of the principles of fluid mechanics can be found in the fields of industry, transportation and households. The series of PVC pipes that are used to distribute water at home, of course, has losses caused by its components, one of which is the change in the cross- section of the pipe. One of the energy losses in the change in pipe section is the pressure drop. The  pressure  drop  can  be  influenced  by  the  fluid  flow  discharge  and  the  magnitude  of  the change in the pipe, dibit has fluid flow which causes pressure on the pipe wall. The research in this thesis was carried out in the Mechanical Engineering Laboratory of the Hasyim Asy'ari University. This research is quantitative in nature which will discuss the pressure drop in the sudden change in cross-section which has a diameter of 1 inch to ¾ inch and 1 inch to 1 ¼ inch with variations in valve openings of 100%, 75% and 50%. 1 inch to ¾ inch at each valve opening is 100% 0.1 bar, 75% 0.09 bar and 50% 0.05 bar, while the pressure drop of 1 inch cross section change at each valve opening is 100% equal to 0.03 bar, 75% at 0.03 bar and 50% at 0.06 bar.
Keywords: Pressure drop, change in pipe diameter, valve opening, fluid mechanics

## Abstrak
Penerapan  prisip-prinsip  mekanika  fluida  dapat  dijumpai  pada  bidang  industri, transportasi dan rumah tangga. Rangkaian pipa PVC yang digunakan untuk mendistribusikan air  di  rumah,  tentunya  memiliki  kerugian-  kerugian  yang  diakibatkan  oleh  komponen- komponennya, salah satunya pada perubahan penampang pipa. Salah satu kerugian energi pada perubahan  penampang  pipa  yaitu  penurunan  tekanan.  Penurunan  tekanan  dapat  dipengaruhi oleh debit aliran fluida dan besarnya perubahan pipa tersebut, dibit memiliki aliran fluida yang mengakibatkan  tekanan  pada  dinding  pipa.  Penelitian  dalam  skripsi  ini  dilaksanakan  di laboratorium Teknik Mesin Universitas Hasyim Asy’ari. Penelitian ini bersifat kuantitatif yang akan  membahas  tentang  penurunan  tekanan  pada  perubahan  penampang  mendadak  yang memiliki diameter  1 inci ke ¾ inci dan 1 inci ke 1 ¼ inci ini dengan variasi bukaan katup 100%, 75% dan 50%.Hasil Penelitian penurunan tekanan perubahan penampang pipa 1 inci ke ¾ inci pada setiap bukaan katup yaitu 100% sebesar 0,1 bar, 75% sebesar 0,09 bar dan 50% sebesar 0,05 bar, sedangkan penurunan tekanan perubahan penampang 1 ¼ inci pada setiap bukaan katup yaitu 100% sebesar 0,03 bar, 75% sebesar 0,03 bar dan 50% sebesar 0,06 bar.
Kata kunci: penurunan tekanan, perubahan diameter pipa, bukaan katup, mekanika fluida.

## Pendahuluan
Lingkungan di sekitar kita tidak akan jauh dari fluida untuk memenuhi kebutuhan hidup.  Fluida  tersebut  merupakan  zat  yang dapat dengan mudah kita jumpai, contohnya
yaitu  udara  sebagai  sumber  pernafasan makhluk  hidup  dan  air  sebagai  sumber mineral  makhluk  hidup.  Fluida  dapat diartikan  sebagai  zat  yang  bisa  berubah bentuk  sesuai  dengan  bidang  atau  bentuk
yang  dialirinya  secara  terus  menerus. Penerapan  fluida  dapat  dijumpai  pada bidang transportasi, industri dan sebagainya. Kegunaan fluida yang sudah begitu penting membuat  hal  tersebut  perlu  di  kaji  lebih dalam,  dimana  fluida  dalam  pipa  memiliki kerugian  yang  mengakibatkan  aliran  fluida tersebut  kurang  maksimal.  Bentuk-bentuk kerugian  energi  pada  aliran  fluida  dapat dijumpai  pada  aliran  dalam  pipa.  Kerugian tersebut  diakibatkan  oleh  gesekan  fluida dengan  dinding  pipa  dan  juga  komponen yang  terdapat  pada  sistem  perpipaan tersebut.
Mekanika  fluida  merupakan  ilmu yang  digunakan  untuk  mempelajari  hal-hal yang  terjadi  pada  fluida.  Fluida  dapat dibedakan menjadi dua zat yaitu zat cair dan zat  gas.  Fluida  gas  merupakan  zat  yang memiliki  partikel-partikel  yang  tidak  rapat sehingga  dapat  termampatkan,  sedangkan fluida cair merupakan zat memiliki partikel- partikel rapat sehingga fluida ini tidak bisa termampatkan.  Komponen  pada  sistem perpipaan yaitu percabangan, belokan pipa, sambungan  pipa,  katup-katup,  pembesaran dan pengecilan pipa. Pembesaran penampang dan pengecilan penampang pipa mengakibatkan kerugian yang terjadi karena kontraksi  fluida  dengan  dinding  pipa  yang mengalami perubahan besar bidang. Kerugian  tersebut  juga  mengakibatkan perbedaan  tekanan  yang  terjadi  antara sebelum  dan  sesudah  komponen  pipa, sehingga  terjadi  penurunan  tekanan  atau pressure  drop .  Sehingga  dengan  dasar mekanika fluida, dapat diketahui pemecahan masalah tentang kerugian penurunan tekanan akibat perubahan penampang  yang terjadi pada sistem perpipaan.
Penelitian sebelumnya tentang eksperimental  karakteristik pressure  drop pada sambungan T ( Tee ) contraction untuk posisi searah dengan variasi sudut kemiringa, menyimpulkan pada aliran fluida sebelum memasuki sambungan ( tee ) contraction dengan variasi sudut kemiringan mengalami peningkatan pressure drop yang sama.  Hal  tersebut  dipengaruhi  oleh  faktor gesekan  pada  aliran  pipa  yang  lurus
horizontal.  Selain  itu,  pressure  drop  akan memiliki  nilai  yang  semakin  besar  apabila luas  penapang  aliran  fluida  mengalami perubahan  semakin  kecil.  Hal  tersebut dipengaruhi oleh faktor gesekan yang terjadi pada  diding  pipa  yang  mengecil.  Semakin kecil  penampang  yang  dialiri  fluida  maka faktor gesekannya juga kecil [1].
Penelitian berikutnya tentang eksperimental karakteristik pressure  drop pada  pipa  dan  variasi elbow 90°  untuk sistem perpipaan
menyimpulkan peningkatan  bilangan Reynolds pada  pipa vertikal menyebabkan karakteristik pressure drop juga  mengalami  peningkatan.  Hal  ini disebabkan elevasi yang dominan dibandingkan  dengan  faktor  gesekan. Karakteristik pressure drop pada elbow 90° yang  mempengaruhi  peningkatan  secara signifikan, akibat bentuk dimensi dari elbow yang  menyebabkan  adanya  perbedaan ketinggian (elevasi), dimana elevasi lebih tinggi  menghasilkan pressure  drop lebih tinggi  dibandingkan  dengan elevasi yang rendah.  Karakteristik pressure  drop pada pipa horizontal sampai jarak 10 D pada pipa horizontal  yang  menggunakan elbow  short yang  mendominan  adalah  pada elbow, dibandingkan  faktor  gesekan.  Sedangkan karakteristik pressure  drop pada  pipa horizontal  sesudah  jarak  10  D  pada  pipa horizontal  dengan  penggunaan elbow  short maupun elbow  long faktor  gesekan  yang lebih dominan. Penelitian tersebut menginformasikan  tentang pressure  drop pada  pipa  dan  variasi elbow 90˚,  tetapi belum menginformasikan tentang sambungan  T  ( tee) terhadap pressure  drop
[2] .
Penelitian lain juga pernah dilakukan  yakni  tentang  pengaruh  rasio diameter  pipa  terhadap  perubahan  tekanan pada bernoulli theorem apparatus menyimpulkan  rasio  diameter  berpengaruh terhadap perubahan tekanan dan pengaruhnya  adalah  semakin  besar  rasio diameter maka tekanan menjadi besar. Hasil penelitian  tekanan  maksimum  terjadi  pada debit 0,0192 lt/dt di titik pengukuran 1 pada rasio  0,67.  Tekanan  minimum  terjadi  pada
variasi debit 0,0247 lt/dt di titik pengukuran 5 pada rasio 0,33 [3].

## Metode Penelitian
1. Rancangan Penelitian
Mulai Rumusan Masalah Pembuatan dan Instalasi Alat Penelitian Pressure Drop Variasi Perubahan Penampang
Sudden Contraction 1 Inci ke ¾ Inci Sudden Expansion 1 Inci ke 1 ¼ Inci
Pressure Drop pada Perubahan Penampang dengan Variasi Bukaan Katup 100%, 75% dan
50%. Analisis Data dan Pembahasan Kesimpulan Selesai Studi Literatur dan Penelitian

## Gambar 1. Rancangan Penelitian
2. Variabel Penelitian Penelitian  ini  memiliki  variabel bebas yaitu variasi diameter perubahan pipa 1  inci  ke  ¾  inci  dan  1  inci  ke  1  ¼  inci, dimana variabel bebas dapat mempengaruhi penelitian  dan  menjadi  sebab  perubahan variabel  terikat.  Variabel  terikat  penelitian ini  yaitu  penurunan  tekanan  atau pressure drop ,  dimana  variabel  terikat  merupakan hasil  dari  variabel  bebas.  Variabel  kontrol penelitian  ini  yaitu  variasi  bukaan  katup 100%,  75%  dan  50%  dan  volume  air reservoir ,  dimana  variabel  ini  merupakan variabel  yang  di  atur,  dikontrol  dan dikendalikan sehingga pengambilan datanya valid dan hasilnya sesuai rencana.
3. Teknik Pengumpulan Data Tahap  pertama  yang  dilakukan dalam  penelitian  ini  yaitu  studi  literatur, dimana dilakukan metode untuk mendapatkan  bahan-bahan  penelitian  yang dapat  digunakan  sebagai  acuan  melakukan penelitian  dengan  cara  menpelajari  jurnal-
jurnal atau buku-buku yang relevan dengan bidang penelitian.
Penelitian ini menggunakan metode pengumpulan  data  secara  eksperimen, metode  eksperimen  adalah  suatu  metode yang  dilakukan  dengan  cara  melakukan suatu  eksperimen  guna  mendapatkan  suatu data  yang  valid  dan  sesuai  dengan  yang dibutuhkan.  Maka  dari  itu  perlu  dilakukan perancangan alat untuk melakukan penelitian  ini.  Penelitian  ini  menggunakan alat  yang  dirancang  dari  kerangka  alat, sambungan sistem perpiaan dan sambungan tee untuk  tempat  alat  ukur  tekanan  yang diletakkan  pada  sebelum  dan  sesudah perubahan penampang. Setelah itu, terdapat katup setelah tee sesudah  perubaan penampang  yang  jaraknya  3  kali  diameter pipa untuk mengontrol debit.
Pada  tahap  sebelum  pengambilan
data  dilakukan  percobaan  alat  uji pressure drop dengan  melihat  aliran  pada  pipa keluaran  terlihat  stabil  dan  kalibrasi  alat ukur yang akan digunakan untuk mengukur tekanan  sebelum  dan  sesudah  perubahan penampang pipa serta persiapan pada katup yang  akan  divariasi  diposisikan  membuka sebesar  100%,  75%  dan  50%.  Setelah persiapan  dilakukan  maka  dapat  dilakukan proses  penelitian  dan  mencatat  data  yang ditampilkan  alat  ukur pressure  gauge pada tee sebelum  dan  sesudah  perubahan penampang  pada  setiap  bukaan  katup  yang telah divariasi 100% 75% dan 50%. Setelah mendapatkan  data  dilakukan  perhitungan penurunan  tekanan  dengan  persamaan berikut [4]:
Δp = p 1 - p 2
4. Teknik Analisis Data Penelitian  ini  menggunakan  teknik analisis  data  statistik  deskriptif  yang merupakan  teknik  untuk  mendeskripsikan atau  menyampaikan  hasil  penelitian  dalam bentuk  gambar  grafik.  Data  yang  diambil dalam  penelitian  ini  yaitu  tekanan  pada sesudah dan sebelum perubahan penampang dengan  variasi  bukaan  katup  100%,  75% dan  50%.  Hasil  penelitian  ini  disajikan dalam  bentuk  grafik  hubungan  antara  hasil
penurunan  tekanan  terhadap  bukaan  katup yang  divariasi.  Sehingga  didapatkan  hasil penurunan  tekanan  yang  terjadi  di  setiap bukaan  katup  dengan  variasi  100%,  75% dan 50%.
5. Instrumen Penelitian
Penelitian ini menggunakan instrumen  peralatan  dan  bahan  untuk melaksanakan  penelitian,  peralatan  dan bahan  yang  digunakan  terdiri  dari  pompa, bak  penampung  air, pressure  gauge ,  pipa, tee , sambungan pipa, perubahan penampang mendadak dan katup. Berikut ini skema alat penelitian yang dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Skema Instrumen Penelitian Keterangan:
 Reservoir  adalah  bak  penampung untuk menyimpan air. Bak penampung  memiliki  kapasitas  40 Liter.
 Pompa air yang digunakan merupakan pompa modifikasi dengan kapasitas ±100 Liter/menit.
 Pressure  gauge  yang  digunakan memiliki  kapasitas  1,5  bar  dengan ketelitian 0,05 bar.
 Sistem perpipaan merupakan rangkain
dari komponen- komponen  pipa  yang  digunakan.
Komponen  tersebut  yaitu  pipa, percabangan  pipa,  belokan  pipa, pengecilan  dan  pembesaran  pipa. Ukuran  sistem  perpipaan  yang digunakan  yaitu ¾ inci, 1 inci dan 1 ¼ inci.

## Hasil dan Pembahasan
Penelitian ini dilaksanakan di Laburatorium  Teknik  Mesin  Universitas Hasyim  Asy’ari  Jombang.  Penelitian  ini menggunakan sambungan perubahan penampang 1 inci ke ¾ inci dan 1 inci ke 1 ¼  inci  dengan  sambungan tee yang diletakkan  pada  sebelum  dan  sesudah perubahan  penampang  yang  digunakan untuk  alat  ukur pressure  gauge .  Pengujian pertama yaitu pada perubahan pipa 1 inci ke ¾ inci dan dilanjutkan pengujian perubahan pipa  1  inci  ke  1  ¼  inci,  kedua  pengujian tersebut dilakukan sebanyak 3 kali pengujian.  Maka,  dari  pengujian  yang dilakukan  diambil  rata-rata  pada  semua pengujian  yang  dilakukan  dan  digunakan sebagai  data  hasil  penelitian.  Adapun  hasil penelitian  dapat  dilihat  pada  Tabel  1 dibawah ini:
Tabel 1. Rata-rata hasil pengujian pressure drop
Hasil Penelitian Pressure Drop N o . Nama Komponen Buka an Katu p Δp 1 (ba r) Δp 2 (ba r) Δp 3 (ba r) Rata- rata Δp (bar) 1 Perubahan Penampang 1
Inci ke 3/4 Inci 100 % 0,1 0,1 0,1 0,1
75% 0,0 8 0,1 0,1 0,09
50% 0,0 3 0,0 5 0,0 5 0,04 2 Perubahan Penampang 1 Inci ke 1 1/4 Inci 100 % 0,0 3 0,0 5 0,0 0 0,03
75% 0,0 3 0,0 5 0,0 0 0,03
50% 0,0
5 0,1 0 0,0 3 0,06
Berikut  ini  Pembahasan  hasil  penelitian pressure  drop pada  setiap  perubahan penampang:
Gambar 3. Perubahan Penampang 1 Inci ke 3/4 Inci dengan Variasi Bukaan Katup
Gambar 4. Grafik Pressure Drop pada Perubahan Penampang 1 Inci ke 3/4 Inci pada Setiap Bukaan Katup
Pada  gambar  4  menunjukkan  hasil pressure drop pada perubahan penampang 1 inci  ke  ¾  inci  pada  setiap  variasi  bukaan katup  yang  dapat  dilihat  pada  gambar  3. Nilai pressure  drop terbesar  terjadi  pada bukaan  katup  100%  dengan  nilai  0,1  bar, sedangkan  nilai pressure  drop terkecil terjadi pada bukaan katup 50% dengan nilai 0,04 bar. Hasil dari gambar 4 menunjukkan nilai pressure  drop semakin  menurun seiring  dengan  semakin  besarnya  variasi bukaan  katup.  Hal  tersebut  terjadi  karena dipengaruhi  oleh  kecepatan  fluida  yang turun  karena  kecilnya  bukaan  katup  pada perubahan penampang pipa mendadak 1 inci ke ¾ inci.
Gambar 5. Perubahan Penampang 1 Inci ke 1 1/4 Inci dengan Variasi Bukaan Katup
Gambar 6. Grafik Pressure Drop pada Perubahan Penampang 1 Inci ke 1 1/4 Inci pada Setiap Bukaan Katup
Pengujian pressure  drop perubahan penampang pipa 1 inci ke ¼ inci yang dapat dilihat  pada  gambar  5  memiliki  hasil  yang dapat  dilihat  pada  gambar  6  yaitu  grafik pressure drop perubahan penampang 1 inci ke 1 ¼ inci pada setiap variasi bukaan katup. Nilai pressure  drop terbesar  terjadi  pada bukaan  katup  50%  dengan  nilai  0,06  bar, sedangkan  nilai pressure drop  terkecil terjadi  pada  bukaan  katup  100%  dan  75% dengan  nilai  0,03  bar.  Hasil  dari  gambar  6 menunjukkan  nilai pressure  drop semakin meningkat  seiring  dengan  kecepatan  aliran fluida  yang  turun  karena  kecilnya  bukaan
0 0,05 0,1 0,15 Sudden Contraction 1 inci ke 3/4 inci PRESSURE DROP PERUBAHAN PENAMPANG Bukaan Katup 100% Bukaan Katup 75% Bukaan Katup 50% 0 0,05 0,1 Sudden Expansion 1 inci ke 1 1/4 inci PRESSURE DROP PERUBAHAN PENAMPANG Bukaan Katup 100%
Bukaan Katup 75%
Bukaan Katup 50%
katup  pada  perubahan  penampang  pipa mendadak 1 inci ke 1 ¼ inci.

## Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  dan pembahasan  tentang  pengaruh  perubahan penampang  terhadap  pressure  drop  pada setiap bukaan katup, dapat diambil simpulan bahwa  pada  perubahan  penampang  pipa mendadak  1  inci  ke  ¾  inci  pada  bukaan katup 100%, 75% dan 50%, terjadi penuruan pressure  drop apabila  persentase  bukaan katup semakin kecil. Nilainya yaitu 0,1 bar, 0,09  bar  dan  0,04  bar.  Pada  perubahan penampang  pipa  mendadak  1  inci  ke  1  ¼ inci  pada  bukaan  katup  100%,  75%  dan 50%,  terjadi  peningkatan pressure  drop apabila  presentase  bukaan  katup  semakin besar. Nilainya yaitu 0,03 bar, 0,03 bar dan 0,06 bar. Pada perubahan penampang 1 inci ke  ¾  inci  memiliki  luas  perubahan penampang  yang  lebih  kecil,  sehingga memiliki  gesekan  pada  dinding  pipa  yang kecil.  Hal  tersebut  membuat  nilai pressure drop yang besar dibandingkan dengan pipa 1  inci  ke  1  ¼  inci  yang  luas  perubahan penampangnya lebih besar.

## Saran
Dari  rangkaian  penelitian  diatas, maka dapat diberikan saran untuk penelitian selanjutnya.  Beberapa  saran  dari  penulis sebagai berikut:
1. Hendaknya alat disempurnakan lagi
untuk mendapatkan hasil pengukuran  yang  lebih  detail  yaitu pada  alat  ukur  pressure  gauge dengan  ketelitian  yang  tinggi  atau pressure gauge digital.
2. Meneruskan penelitian dengan
mengganti posisi
perubahan
penampang mendadak dipasang secara  frontal/horizontal  dengan perubahan penampang bertahap.

## Referensi
[1] S.  Z.  Mohammad  dan  P.  H. Adiwibowo, "Jurnal Teknik Mesin," Eksperimental Karakteristik
Pressure  Drop  pada  Sambungan  T (Tee)  Contraction  untuk  Posisi Searah dengan Variasi Sudut Kemiringan, vol. 01, no. 03, pp. 74- 78, 2013. [2] Lukman. 2011. Eksperimental Karakteristik  Pressure  Drop  Pada
Pipa Dan Variasi Elbow 90° Untuk Sistem Perpipaan . Tugas akhir tidak diterbitkan. Surabaya: Jurusan
Teknik Mesin FT-UNESA.
[3] Aufa,  Ahmad.  Rubiono,  Gatut  dan Mujianto,  Haris. Pengaruh  Rasio
Diameter Pipa Terhadap Perubahan
Tekanan  Pada  Bernoulli  Theorema Apparatus ,  Vol.  1,  No.  1,  pp.  7-11, 2016.
[4] C. J. Geankoplis, Transport Processes  and  Unit  Operations , New  Jersey:  Prentice  Hall  Inc., 1993.