## ANALISA PRESSURE DROP DENGAN PENAMBAHAN ZAT ADITIF CAIRAN COOLANT PADA PIPA SILINDER MENGGUNAKAN METODE EMPIRIS DAN

## METODE EKSPERIMEN
1 Irwan Setiawan, 1 Nurrohman, 1 Hablinur Al Kindi
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Ibn Khaldun Jl. KH Sholeh Iskandar, Kedung Badak, Tanah Sereal Bogor 16162, Telp. (0251) 8356884 Corresponding author : irwansetiawan720@gmail.com

## ABSTRACT
The flow of fluid through the pipe creates fluid friction with pipe walls causing pressure drop and fluid flow velocity affecting the use of energy to drain it. Pressure drop can be affected by several factors such as friction or friction factor, pipe length, pipe diameter and fluid velocity. In this research,  it  will analyze pressure drop on piping system based on friction, fluid flow characteristics, and fluid velocity.  The analysis was done by using two methods, namely experimental method and empirical calculation method. The stages of this study consist of problem analysis, literature study, calibration, data retrieval, empirical data processing and experiments, validation, analysis of results and conclusions. Based on the results of empirical and experimental research, the lowest pressure drop in the experiment and empirical was  the 12 LPM discharge copper pipe and the water coolant ratio is 0: 100.  This means that the best material pipes used were copper pipes rather than steel and galvanized pipes. The results of the tests and experiments have been tested for validation. The validation value of empirical and experimental data measurement is 91%.
Keyword : coolant, pressure drop, piping system

## 1. PENDAHULUAN
Pada dunia industri kualitas produk pipa dan efesiensinya sangat perlu diperhatikan karena akan mempengaruhi biaya dan harga jual produk  (Merle, P., & Wiggert, D. 2008). Salah satu teknologi yang berguna untuk meningkatkan efesiensi yang tinggi, yaitu penggunaan pipa dalam pendistribusian fluida cair untuk proses produksi. Pengaliran fluida melalui pipa menimbulkan adanya gesekan fluida dengan dinding –  dinding pipa yang menyebabkan penurunan tekanan ( pressure drop ) dan kecepatan aliran fluida yang berpengaruh pada penggunaan energi untuk mengalirkannya (Putra., M. 2012).  Fluida yang dialirkan di dalam pipa membutuhkan usaha atau kerja untuk dapat mengalir. Semakin besar gaya gesek pipa atau semakin kasar permukaan pipa maka akan menghambat tekanan dan laju aliran fluida. Hal ini berakibat pada konsumsi energi yang lebih banyak dibanding biasanya.
Perhitungan dan analisa pressure drop digunakan untuk mengetahui berapa besar aliran dalam pipa. Hal tersebut menjadi sangat penting ketika fluida yang  dialirkan adalah fluida yang sensitif dan memiliki nilai ekonomis  yang tinggi. Pengendalian tekanan dalam industri
sangat penting sekali agar tidak terjadi hal – hal yang tidak diinginkan. Karena  apabila tekanan melebihi dari yang dibutuhkan, maka dapat menyebabkan kerusakan pada alat bahkan dapat juga menyebabkan ledakan. Semakin besar pressure drop yang ditimbulkan dalam sistem perpipaan akan berpengaruh pada banyaknya energi yang dibutuhkan.
Pressure drop dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain  faktor friksi atau gesekan, panjang pipa, diameter pipa dan kecepatan fluida. Pada penelitian ini, akan dibahas percobaan pengurangan pressure drop pada aliran dalam pipa silinder dengan merekayasa fluida yang dialirkan, dengan cara menambahakan zat adiktif dengan komposisi tertentu. Analisa dan simulasi aliran –  aliran fluida dalam pipa menggunakan 2  metode mekanika fluida yaitu: metode eksperimen dan metode perhitungan empiris.
Penelitian yang akan dilaksanakan memiliki beberapa tujuan, yaitu: Mengukur besarnya nilai pressure drop pada pipa silinder, dengan menambahkan zat aditif berupa cairan coolant . Mengukur besarnya nilai pressure drop berdasarkan friksi yang terjadi pada pipa silinder Membandingkan jatuh tekan ( pressure
drop ) yang terjadi antara air murni dengan air ditambahkan fluida coolant dengan komposisi tertentu . Membandingkan hasil analisa pressure drop yang terjadi dengan perhitungan empiris, dan eksperimen berdasarakan konsentrasi penambahan cairan coolant .  Memvalidasi hasil pengukuran empiris dengan hasil eksperimen Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi dan tambahan perbendaharaan literatur, khususnya pengguna pada  instalasi sistem perpipaan, sehingga dapat menjadi bahan acuan untuk mengadakan kajian dan penelitian selanjutnya.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Pada penelitian ini, alat uji dibuat dengan skala laboratorium yaitu dengan menggunakan peralatan seperti Pressure transducer , pompa air, timbangan digital, Stopwatch , gelas ukur, tangki air, data logger , flowmeter, ball valve, pipa penghubung, gelas ukur, switching power supply, vsikometer ostwald
Tahapan-tahapan dalam proses penelitian ini dalam bentuk flow chart . Seperti ditunjukkan pada Gambar 1
Gambar 1. Flowchart penelitian
Metode Eksperimen Pada penelitian ini bahan uji yang digunakan adalah air tawar murni dan cairan coolant.Variabel yang digunakan, yaitu variasi 3 pipa yaitu tembaga, galvanis iron dan cast iron , variasi perbandingan air dan campuran coolant , serta debit airnya. Alat uji ini dirancang sebagai alat uji skala laboratorium, yaitu penggunaan
alat yang hanya ditujukan untuk penelitian dan pengambilan data sampel fluida (Tatto, B. (2010), Youssef, M. S. (2012)).
Alat uji yang dirangkai (Gambar 2), yaitu sebuah pipa dengan panjang 2,5  meter dan diameter dalam pipa 17 mm. Pipa tersebut dihubungkan dengan pompa dan dengan ball valve. Ball valve digunakan untuk mengatur debit aliran fluida, dan flow meter untuk mengetahui besarnya debit aliran yang masuk ke pipa penelitian. Pada alat uji ini terdapat 2 buah pressure transducer yang jaraknya keduanya 2 meter dan pressure transducer 1 berjarak 0,2 meter dari masukan pipanya.
Gambar 2 Instalasi Alat Uji Pressure Drop
Skema aliran alat uji pipa, yaitu fluida mengalir dari tangki air, karena adanya hisapan dari pompa, dan diteruskan ke sistem pipa yang melalui 2 buah ball valve yang berfungsi untuk mengatur debit aliran yang masuk, lalu setelah debit fluida diatur fluida mengalir ke flowmeter (Satriyo, F. 2012).  Pada  flowmeter debit aliran yang masuk ke pipa eksperimen dapat dibaca dan diketahui dengan melihat angka yang ditunjukkan oleh pelampung pada  flowmeter, selanjutnya fluida mengalir ke pipa eksperimen melalui pipa  PVC. Skema aliran fluida pada penelitian ini dapat dijelaskan seperti Gambar 3.
Gambar 3 Skema Aliran Fluida Pada Instalasi Alat Uji
Selain sistem perpipaan yang digunakan, penelitian ini menggunakan sistem pengambilan data dengan sensor, yang memerlukan rangkaian elektronik untuk mendukungnya. Dalam hal ini integrasi antara pressure transducer sebagai sensor, power supply sebagai penyuplai tegangan stand by untuk sensor, dan data logger sebagai penyaji data harus dirangkai dengan benar dan tepat agar pengukuran dan pembacaan tekanan pada pipa eksperimen dapat dilakukan. Penggambaran sistem pengukuran dan pembacaan tekanan dapat dilihat seperti pada Gambar 4.
Gambar 4 Wirring diagram pressure transducer

## Metode Empiris
Untuk menghitung pressure drop dalam pipa maka kita harus melakukan langkah langkah sebagai berikut (Bruce R Munson, D. F. (2003), Fox, R. &. (1998), Merle, P., & Wiggert, D. (2008),Yunus A, Cengel, John , & Cimbala. (2006).):
Mencari kecepatan aliran dalam pipa sesuai debit
Q = V. A Q : Debit aliran (m 3 /s) V : Kecepatan aliran (m/s) A : Luas penampang (m 2 )

## V=Q/A
Mencari Massa Jenis Air ( Density ) Sesuai Campuran Fluida Kita mengambil volume fluida 1 liter sebagai contoh Gambar 5 untuk mengukur massa campuran dari fluida,maka kita mendapatkan data dengan rumus (Ranald V. Giles, B. M. 1990).
𝝆 = 𝒎 𝑽 (Kg/M 3 )
m : Massa Fluida (Kg) V : Volume Fluida (M 3 )
Gambar 5  Pengukuran massa jenis

## Mencari Viskositas
Mencari viskositas masing- masing campuran fluida menggunakanViskometer
Ostwald (Gambar 6)

## Gambar 6  Pengujian viskositas

## Mencari Re aliran dalam pipa
Dari data yang di dapat maka kita bisa mencari bilangan Reynolds dengan rumus
𝑅𝑒 = 𝜌𝑣𝐷 𝜇 V : kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s)
𝜌 :  adalah masa jenis fluida (kg/m³)
D : Diameter pipa ( m )
µ :  adalah viskositas dinamik fluida (kg/m.s) atau (N. Det/m²)

## Mencari koefisien gesek
Untuk  Laminer persamaan dengan rumus16/ Re Untuk Turbulen dengan persamaan Coolbrook White (Ptasinski, P.K., &
- F.T.M. Nieuwstadt, B.H.A.A.
(2011).)

## Mencari Pressure Drop
Rumus Pressure drop untuk aliran laminar
= 32µLvρ

## 𝐷2
Rumus Pressure Drop untuk aliran turbulen (Ptasinski, P.K., & F.T.M. Nieuwstadt,

## B.H.A.A. (2011) = fLρv 2 2𝐷

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan  hasil pengujian eksperimen dan Empiris, dapat ditemukan bahwa:
• Nilai pressure drop paling tinggi pada debit
12 lpm, adalah pipa besi dengan perbandingan coolant dan air 50 : 50 (Tabel
1)
• Nilai pressure drop paling tinggi pada debit
15 lpm, adalah pipa besi dengan
perbandingan coolant dan air 50 : 50  (Tabel
1)
• Nilai pressure drop paling tinggi pada debit 18 lpm, adalah pipa besi dengan
perbandingan coolant dan air 50 : 50 (Tabel
1)
• Nilai pressure drop paling tinggi pada debit 12 lpm, 15 lpm dan 18 lpm, adalah pipa besi
18 lpm dengan perbandingan coolant dan air 50 : 50 (Tabel 1)
• Nilai pressure drop paling rendah pada debit 12 lpm, adalah pipa tembaga dengan perbandingan coolant dan air 0 : 100 (Tabel 1)  Nilai pressure drop paling rendah pada debit 15 lpm, adalah pipa
• tembaga dengan perbandingan coolant dan air 0 : 100 (Tabel 1)
• Nilai pressure drop paling rendah pada debit
18 lpm, adalah pipa tembaga dengan
perbandingan coolant dan air 0 : 100 (Tabel 1)
• Nilai pressure drop paling rendah pada debit 12 lpm, 15 lpm dan 18 lpm, adalah pipa tembaga debit 12 lpm dengan perbandingan coolant dan air 0 : 100 (Tabel 1)

## Tabel 1. Hasil Pengujian empiris dan eksperimen
Debit Aliran M at er ial Campuran Empiris  Eksperimen Validasi Normalisasi Validasi Nilai Presentase Nilai Rata Presentase Pada Pipa Per debit
12 LPM T em b ag a 50 %  - 50 %  1654.26 1840.17 -0.1124 0.1124 89% 91% 40 % - 60 % 1642.88 1813.29 -0.1037 0.1037 90% 30 % - 70 % 1598.93 1714.16 -0.0721 0.0721 93% 20 % - 80 % 1493.15 1617.97 -0.0836 0.0836 92% 10 % - 90 % 1373.72 1511.47 -0.1003 0.1003 90% 0 % - 100 %   1266.36 1158.82 0.0849 0.0849 92% G al v an is 50 %  - 50 %  2125.30 2391.07 -0.1251 0.1251 87% 91% 40 % - 60 % 2115.94 2364.07 -0.1173 0.1173 88% 30 % - 70 % 2078.82 2347.36 -0.1292 0.1292 87% 20 % - 80 % 1996.34 2077.47 -0.0406 0.0406 96% 10 % - 90 % 1868.08 1785.95 0.0440 0.0440 96% 0 % - 100 %   1806.09 1675.70 0.0722 0.0722 93% Be si 50 %  - 50 %  2400.17 2679.10 -0.1162 0.1162 88% 91% 40 % - 60 % 2391.24 2388.75 0.0010 0.0010 100% 30 % - 70 % 2355.25 2116.41 0.1014 0.1014 90% 20 % - 80 % 2277.52 1965.95 0.1368 0.1368 86% 10 % - 90 % 2139.34 1934.83 0.0956 0.0956 90% 0 % - 100 %   2087.63 1894.81 0.0924 0.0924 91% 15 LPM T em b ag a 50 %  - 50 %  2445.41 2751.33 -0.1251 0.1251 87% 91% 40 % - 60 % 2429.08 2707.72 -0.1147 0.1147 89% 30 % - 70 % 2365.88 2612.51 -0.1042 0.1042 90% 20 % - 80 % 2214.21 2410.32 -0.0886 0.0886 91% 10 % - 90 % 2039.77 2178.72 -0.0681 0.0681 93% 0 % - 100 %   1887.27 1995.38 -0.0573 0.0573 94% G al v an is 50 %  - 50 %  3232.46 3009.47 0.0690 0.0690 93% 91% 40 % - 60 % 3219.29 2952.27 0.0829 0.0829 92% 30 % - 70 % 3166.71 2876.40 0.0917 0.0917 91% 20 % - 80 % 3051.32 2712.78 0.1109 0.1109 89% 10 % - 90 % 2860.57 2634.12 0.0792 0.0792 92% 0 % - 100 %   2778.14 2504.67 0.0984 0.0984 90% Be si 50 %  - 50 %  3677.73 3523.32 0.0420 0.0420 96% 91% 40 % - 60 % 3665.09 3456.20 0.0570 0.0570 94% 30 % - 70 % 3613.69 3272.09 0.0945 0.0945 91% 20 % - 80 % 3504.15 3117.08 0.1105 0.1105 89% 10 % - 90 % 3296.40 2864.07 0.1312 0.1312 87% 0 % - 100 %   3227.87 2833.33 0.1222 0.1222 88% 18 LPM T em ba ga 50 %  - 50 %  3371.11 3228.65 0.0423 0.0423 96% 91% 40 % - 60 % 3349.16 3116.30 0.0695 0.0695 93%
Debit Aliran M at er ial Campuran Empiris  Eksperimen Validasi Normalisasi Validasi Nilai Presentase Nilai Rata Presentase Pada Pipa Per debit 30 % - 70 % 3264.07 3007.17 0.0787 0.0787 92% 20 % - 80 % 3060.40 2712.69 0.1136 0.1136 89% 10 % - 90 % 2822.39 2507.39 0.1116 0.1116 89% 0 % - 100 %   2619.47 2294.56 0.1240 0.1240 88% G al v an is 50 %  - 50 %  4565.60 4291.88 0.0600 0.0600 94% 91% 40 % - 60 % 4548.17 4248.89 0.0658 0.0658 93% 30 % - 70 % 4478.08 4039.60 0.0979 0.0979 90% 20 % - 80 % 4325.86 3800.58 0.1214 0.1214 88% 10 % - 90 % 4061.03 3689.60 0.0915 0.0915 91% 0 % - 100 %   3957.10 3503.66 0.1146 0.1146 89% B esi 50 %  - 50 %  5223.90 4856.13 0.0704 0.0704 93% 91% 40 % - 60 % 5207.03 4736.83 0.0903 0.0903 91% 30 % - 70 % 5137.94 4578.42 0.1089 0.1089 89% 20 % - 80 % 4992.22 4548.70 0.0888 0.0888 91% 10 % - 90 % 4701.24 4248.89 0.0962 0.0962 90% 0 % - 100 %   4614.81 4194.34 0.0911 0.0911 91%
Berdasarkan hasil penelitian, nilai pressure drop yang paling rendah pada eksperimen dan empiris adalah pada pipa tembaga debit 12 LPM serta perbandingan cairan coolant dengan air adalah sebesar 0:100. Rendahnya nilai pressure drop dapat menambah nilai tekanan fluida pada pipa sehingga daya pompa semakin kecil. Daya pompa yang semakin kecil dapat menurunkan biaya produksi pada perusahaan. Hal ini berarti bahwa pipa material yang baik digunakan adalah pipa tembaga dibandingkan pipa besi dan galvanis. Adapun debit pada pipa tembaga yang paling baik digunakan adalah pada debit 12 lpm, hal ini dikarenakan nilai debit diatas 12 lpm dapat menjadikan pressure drop semakin naik.
Pencampuran zat aditif coolant dan air sebaiknya tidak dilakukan pada bahan material pipa besi karena berdasarkan penelitian nilai pressure drop tertinggi pada besi dengan perbandingan cairan coolant dengan air 50:50. Hasil penelitian ini didukung dengan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Nuryanto (2015), yaitu Ethylene glycol pada coolant akan menyebabkan pressure drop di sisi coolant meningkat  (Nuryanto, 2015) [5]. Hal ini dikarenakan zat fisik aditif coolant yang merupakan cairan hasil campuran ethylene atau propylene glycol dan air (Putra M. 2012)[7] . Berdasarkan hasil perhitungan rata-rata validasi eksperimen dan empiris dari data yang tertera pada Tabel 1 maka dihasilkan nilai validasi sbesar 91%. Hal ini berarti eksperimen dikatakan berhasil karena melebihi batas nilai validasi diatas 90% sehingga dapat dikatakan bawa nilai eksperimen tidak berbeda jauh dengn nilai empiris atau hasil pengukuran eksperimen valid. Adapun nilai validasi tertinggi pada pengujian eksperimen dan empiris yaitu hampir 100% adalah pada pengujian eksperimen pada besi 12 lpm dengan perbandingan coolant dan air adalah 40: 60
4. SIMPULAN DAN SARAN
• Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian pengujian empiris dan eksperimen, nilai pressure drop yang paling rendah pada eksperimen dan empiris adalah pada pipa tembaga debit 12
LPM serta perbandingan cairan coolant dengan air adalah sebesar 0:100. Rendahnya nilai pressure drop dapat menambah nilai tekanan fluida pada pipa sehingga daya pompa semakin kecil. Daya pompa yang semakin kecil dapat menurunkan biaya produksi pada perusahaan. Hal ini berarti bahwa pipa material yang baik digunakan adalah pipa tembaga dibandingkan pipa besi dan galvanis. Pencampuran zat aditif coolant dan air sebaiknya tidak dilakukan pada material pipa besi karena berdasarkan penelitian nilai pressure drop tertinggi pada besi dengan perbandingan cairan coolant dengan air 50:50.
Hasil penelitian pada pengujian dan eksperimen telah diuji validasi. Validasi pengukuran antara pengukuran empiris dan eksperimen dapat disimpulkan bahwa hasilnya tidak berbeda jauh atau valid. Nilai validasi pengukuran data empiris dan eksperimen adalah 91%.
Saran Saran dari penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini hanya terpusat pada pengukuran pressure drop saja. Untuk pengembangan lebih lanjut, dapat dilakukan perhitungan variasi suhu ditiap campuran dan debit pada masing – masing pipa.
2. Debit yang diatur dalam penelitian ini, terbatas mulai dari 12, 15 dan 18 LPM. Untuk pengembangan selanjutnya bisa dikembangkan dengan variasi debit aliran yang lebih beragam lagi.
3. Penggunaan aditif alternatif lain dapat dikembangkan, dengan menggunakan bahan – bahan alami maupun kimia.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Bruce R Munson, D. F. (2003). Mekanika Fluida edisi ke empat jilid 2 . Jakarta: PT. Gelora Aksara Pratama.
[2] Fox, R. &. (1998). Introduction to Fluid Mechanics. 5th edition, John Wiley and Son, Inc, .
[3] Merle, P., & Wiggert, D. (2008). Fluid Mechanics.
Schaum’s Outlines. McGRAW-Hill.
[4] Negara, W. P. (2009). PERBANDINGAN ANALISIS
PRESSURE DROP PADA PIPA LENGKUNG 900.
[5] Nuryanto, B. N. (2015). Pengaruh laju aliran coolant campuran air dengan ethylene glycol terhadap laju perpindahan panas dan penurunan tekanan radiator otomotif. Surakarta:
Universitas Sebelas Maret.
[6] Ptasinski, P.K., & F.T.M. Nieuwstadt, B.H.A.A. (2011). Experiments in
Turbulent Pipe Flow With Polymer
Additives at Maximum Drag Reduction.
Springer Link , 159–182.
[7] Putra., M. (2012). Pengurangan Pressure drop Dengan Menggunakan Serat Abaca Pada Tangki Air Ballast Kapal. Depok: Skripis Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.
[8] Ranald V. Giles, B. M. (1990). Mekanika Fluida dan Hidraulika . Seri Buku
Schaum, Erlangga.
[9] Satriyo, F. (2012). Pengurangan Nilai
Jatuh Tekan (Pressure Drop) Aliran Di Dalam Pipa Dengan Penambahan Aditif Polyvinyl Alcohol 100, 250, dan 400 PPM Pada Fluida Kerja Air. Depok: Skripsi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.
[10]  Tatto, B. (2010). Perancangan Alat Ukur Tekanan Pressure Transmitter Tipe Piezoelectric.
[11]  Youssef, M. S. (2012). Computing the Pressure Drop of Nanofluid Turbulent
Flows in a Pipe Using an Artificial
Neural Network Model. Engineering Scientific Journal , 130-136.
[12]  Yunus A, Cengel, John , & Cimbala.
(2006). Fluid Mechanics Fundamentals and Aplications. Mc Graw Hill