Jenis Artikel: original research

## Studi Analisis Perbandingan Tekanan melalui Pipa Venturi dengan Perbedaan Diameter Pipa
Nurhayati Nurhayati 1 , Mauli Samita 2 , Suryani Harahap 2
1 Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Ar-Raniry, Banda Aceh
2 Fakultas Tarbiyah dan Keguruan, UIN Ar-Raniry, Banda Aceh
Corresponding e-mail : nurhayati.sururi@ar-raniry.ac.id

## KATA KUNCI:
Venturimeter, diameter pipa kapiler, kecepatan aliran, ketinggian cairan, tekanan, Hukum Bernoulli
Diterima: 19 Juni 2020 Direvisi: 10 Juli 2020 Diterbitkan: 19 Juli 2020 Terbitan daring: 30 juli 2020

## 1. Pendahuluan
Venturimeter  adalah  salah  satu  alat  yang  menggunakan  prinsip  bejana  berhubungan  (Widowati,  2017). Venturimeter  digunakan  pada  pipa  aliran  untuk  mengukur  kelajuan  aliran  zat  cair  (Fatimah,  2021).  Penelitian mengenai  venturimeter  penting  dilakukan  karena  dengan  data  penelitian  venturimeter  dapat  diterapkan  untuk membuktikan  fluida  dinamik  maupun statik secara  langsung  (Widowati, 2017).
Penelitian  mengenai  Venturimeter  telah  banyak  dilakukan  hingga  sekarang.  Diantaranya  adalah penemuan  mengenai  besar  kecepatan  rata-rata  aliran  air  dari  berbagai  variasi  diameter  pipa  venturi  (Abidin

## Jurnal Phi
ABSTRAK . Fenomena menarik dari sebuah aliran fluida dalam Venturimeter yang  berbeda  diameter  pipa  kapilernya  adalah  adanya  perbedaan ketinggian cairan, kecepatan aliran dalam pipa, dan juga tekanan. Penelitian ini  bertujuan  untuk  menganalisis  hubungan  antara  diameter  pipa  kapiler dengan  kecepatan  aliran,  ketinggian  cairan  dan  tekanan.  Metode  dalam penelitian  ini  adalah  eksperimen.  Setelah  dilakukan  eksperimen, dilanjutkan  dengan  perhitungan  beberapa  variabel  dengan  menggunakan rumus dan dianalisis.
dan  Wagini,  2013)  dan  media  pembelajaran  dengan  pengukuran  rugi  aliran  fluida  juga  telah  dikembangkan (Ramadhan  dkk.,  2014).  Selain  itu,  penelitian  pengembangan  alat  peraga  tabung  venturi  yang  layak  juga  telah dihasilkan  (Cahyono  dan  Sucahyo,  2017).  Penelitian  dalam  mengembangkan  alat  praktikum  venturimeter  pada materi  fluida  juga  telah  dilakukan  (Widowati,  2017).  Selain  itu,  telah  dilakukan  pengukuran  tekanan  pipa Venturi  dengan  cara  numerik  menggunakan  metode Computational  Fluid  Dynamic (CFD)  dengan  menggunakan software  Solidworks 2014  (Ariza,  2019).  Selanjutnya,  penelitian  lain  juga  membahas  mengenai  kualitas  alat praktikum  venturimeter  yang  telah  dikembangkan  (Rismaningsih  dkk.,  2020).  Penelitian  lain  juga  memaparkan mengenai  hubungan  antara  luas  penampang  dan  kecepatan  aliran  secara  kuantitatif,  sedangkan  pembahasan tekanannya belum dibuktikan secara kuantitatif  (Sultan dkk., 2020).
Venturimeter  bekerja  berdasarkan  pada  pengukuran  perbedaan  tekanan  melalui  penyempitan penampang  (Widowati,  2017).  Namun,  menurut  teori  persamaan  hidrostatis  juga  terdapat  perbedaan  tekanan yang  disebabkan  oleh  adanya  perbedaan  diameter  pipa  dan  juga  ketinggian  cairan  dimasing-masing  pipa (Ariza,  2019).  Dengan  demikian,  jika  data  perbedaan  tekanan  aliran  fluida  yang  terjadi  di  dalam  Venturimeter diketahui  secara  kuantitatif  dan  data  kecepatan  juga  diketahui  maka  dapat  digunakan  sebagai  solusi  untuk mencari  jumlah  aliran  yang  melewati  Venturimeter  tersebut  (Ariza,  2019).  Hal  ini  juga  merupakan  solusi dalam  memahami  lebih  jauh  tentang  persamaan  Bernoulli  karena  dalam  persamaan  Bernoulli  menjelaskan  hal- hal  yang  berkaitan  erat  dengan  kecepatan  aliran,  tinggi  permukaan  zat  cair  dan  tekanan  zat  (Ariza,  2019).

## 2. Metode  Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  membuat  eksperimen  sederhana  menggunakan  pipa  kapiler  sebagai  pipa venturi  dengan  diameter  yang  berbeda  yaitu  2.5  cm  pada  pipa  1  dan  1.8  cm  pipa  2.  Desain  percobaan ditunjukkan seperti Gambar 1.
Gambar 1. Desain Percobaan Venturimeter.
Dalam  ekpserimen  ini,  kran  dipastikan  dalam  keadaan  tertutup  dan  air  dialirkan  melalui  pipa  yang lebih  besar  dengan  membuka  kran  air  secara  keseluruhan  atau  penuh  (1),  air  dibiarkan  melewati  pipa  sehingga terlihat  perbedaan  tinggi  permukaan  air  yang  berada  pada  pipa  kapiler  vertikal.  Ketinggian  air  yang  masuk pada  pipa  kapiler  diamati,  diukur  ketinggiannya,  dicatat  hasilnya  dan  dibiarkan  kran  dalam  keadaan  konstan. Selanjutnya,  dengan  cara  yang  sama  ekperimen  dilanjutkan  untuk  jenis  pembukaan  kran  air  setengah  penuh (1/2) dan juga seperempat penuh (1/4).
Setelah  semua  pengukuran  selesai,  dilanjutkan  dengan  perhitungan  luas  permukaan  pipa  kapiler dengan rumus sebagai berikut (Ariza, 2019):
𝐴 1 = 𝜋𝑟 2 (1)
Nurhayati, N.,Samita, M., Harahap,S. 2020. Pipa Venturi Vol 6 (2), 200
2
2
𝐴 2 = 𝜋𝑟 2 (2)
dengan A 1 dan A 2 secara  berturut-turut  adalah  luas  penampang  pipa  kapiler  1  dan  luas  penampang  pipa kapiler  2,  nilai π adalah  konstan  sebesar  3.14,  serta r 1 dan r 2 secara  berturut-turut  adalah  jari-jari  pipa  kapiler 1 dan jari-jari pipa kapiler 2.
Selanjutnya  adalah  perhitungan  tekanan  dan  perbedaan  tekanan  dimasing-masing  pipa  kapiler  dengan rumus sebagai berikut (Abidin, 2013 dan Ariza, 2019):
𝑃 1 = 𝑃 0 + 𝑟 1 𝑔ℎ 1 (3) 𝑃 2 = 𝑃
0 + 𝑟 2 𝑔ℎ 2 (4) ∆𝑃 = 𝑃 1 − 𝑃 2 = 𝑔 ( 𝑟 1 ℎ 1 − 𝑟 2 ℎ 2 ) (5)
dengan P 1 dan P 2 secara  berturut-turut  adalah  tekanan  di  pipa  kapiler  1  dan  tekanan  di  pipa  kapiler  2, 𝑃 0 adalah  tekanan  atmosfer  yang  nilainya  konstan  sebesar  10 5 N/m 2 (Ashari,  2017), 𝑔 adalah  percepatan  gravitasi bumi  yang  nilainya  konstan  sebesar  9.8  m/s 2 , h 1 dan ℎ 2 secara  berturut-turut  adalah  tinggi  cairan  di  pipa kapiler  1  dan  tinggi  cairan  di  pipa  kapiler  2,  serta ∆𝑃 adalah  perbedaan  tekanan  antara  kedua  pipa  kapiler. Berikutnya  adalah  perhitungan  kecepatan  aliran  dimasing-masing  pipa  kapiler  dengan  rumus  sebagai berikut (Abidin, 2013 dan Ariza, 2019):
𝑣 = 𝐴 √ 2 g ∆ℎ (6)
1 2 𝐴 2 −𝐴 2 1    2 𝑣 = 𝐴 1 . 𝑣 (7)
2 𝐴 2 1
dengan v 1 dan v 2 secara  berturut-turut  adalah  kecepatan  aliran  di  pipa  kapiler  1  dan  kecepatan  aliran  di  pipa kapiler  2,  dan ∆ℎ adalah  perbedaan  ketinggian  cairan  antara  kedua  pipa  kapiler.

## 3. Hasil dan  Pembahasan

## 3.1 Hasil  penelitian
Berdasarkan  ketiga  perlakuan  dan  dari  data  diameter  pipa  kapiler,  diperoleh  luas  masing-masing  pipa  kapiler melalui  perhitungan  menggunakan  rumus  1  dan  2  yaitu  sebagai  berikut:
2 2.5 𝑐𝑚 𝐴 1 = 𝜋𝑟 = 𝜋 ( ) = 4,91 𝑥 10 − 4 𝑚 2 1 2 1.8 𝑐𝑚 2 𝐴 2 = 𝜋𝑟 2 = 𝜋 ( 2 )    = 2,54 𝑥 10 − 4 𝑚 2
Selain  itu,  diperoleh  data  pengukuran  untuk  ketinggian  cairan  masing-masing  pipa  kapiler  (h). Selanjutnya, diperoleh nilai tekanan dan perbedaan tekanan dimasing-masing pipa kapiler dengan rumus 3, 4, dan 5, serta diperoleh nilai kecepatan aliran dimasing-masing pipa kapiler dari rumus 6 dan 7 seperti terlihat pada Tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1. Data Hasil Eksperimen dan Hasil Perhitungan Tekanan dan Kecepatan pada Kedua Pipa Kapiler
No Eksperimen h 1 (m) h 2 (m) ∆ℎ (m) 𝑃 1 (N/ 𝑚 2 ) 𝑃 2 (N/ 𝑚 2 ) ∆𝑃 (N/ 𝑚 2 ) 𝑣 1 (m/s) 𝑣 2 (m/s) 1 1 putaran kran 0,171 0,150 0,021 11675,8 11470,0 205,8 0,3889 0,7502 2 1/2 putaran kran 0,148 0,132 0,016 11450,4 11293,6 156,8 0,3395 0,6549 3 1/4 putaran kran 0,131 0,120 0,011 11283,8 11176,0 107,8 0,2815 0,5430

## 3.2 Pembahasan
Dari  Tabel  1  terlihat  bahwa  terdapat  perbedaan  antara  perlakuan  1,  2,  dan  3.  Perlakuan  1  adalah  kran  air diputar  penuh,  perlakuan  2  adalah  kran  air  diputar  setengah  penuh,  dan  perlakuan  3  adalah  kran  air  diputar seperempat  penuh.  Semakin  besar  aliran  air  yang  dialirkan  maka  semakin  tinggi  cairan  yang  terdapat  pada pipa  kapiler  1  sehingga  menimbulkan  perubahan  ketinggian  cairan ∆ h semakin  besar.
2
Nurhayati, N.,Samita, M., Harahap,S. 2020. Pipa Venturi Vol 6 (2), 200
Pada  pipa  kapiler  1  atau  pipa  dengan  diameter  lebih  besar  terjadi  tekanan  yang  lebih  besar  dari  pada pipa  kapiler  2  atau  pipa  dengan  diameter  lebih  kecil.  Perubahan  tekanan  dari  perlakuan  1-3  semakin  menurun karena  nilai  tekanan  di  pipa  1  dan  2  juga  menurun.  Tekanan  yang  besar  pada  pipa  kapiler  besar  menyebabkan kecepatan  aliran  cairan  menjadi  kecil  di  pipa  besar,  sebaliknya  tekanan  yang  kecil  di  pipa  kapiler  kecil menyebabkan  kecepatan  aliran  besar  di  pipa  kecil.  Hal  ini  sesuai  dengan  Hukum  Bernoulli  yang  mana  ketika kecepatan  aliran  besar  maka  tekanan  akan  menurun,  dan  ketika  kecepatan  aliran  menurun  maka  tekanannya meningkat (Sultan, 2020).
Hasil  penelitian  ini  juga  sesuai  dengan  penelitian  yang  telah  dilakukan  Sultan,  2020.  Namun  pada penelitian  ini  telah  berhasil  menambahkan  variabel  nilai  tekanan  secara  kuantitatif.  Sehingga  informasi  dan hubungan  antara  perbedaan  diameter  pipa  kapiler,  kecepatan  aliran  cairan,  tinggi  permukaan  cairan,  serta tekanan menjadi lebih sempurna.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  penelitian  dapat  disimpulkan  bahwa  jika  diameter  pipa  kapiler  diperbesar,  maka  kecepatan  aliran menjadi kecil, ketinggian permukaan air menjadi lebih besar, dan tekanan juga menjadi lebih besar. Hal ini sesuai dengan Persamaan Bernoulli.

## Ucapan  Terimakasih
Terimakasih  kepada  Kepala  Laboratorium  Pendidikan  Fisika  FTK  UIN  Ar-Raniry  yang  telah  membantu menyediakan alat-alat dan bahan dalam eksperimen ini.

## Keterlibatan Penulis
NH  membuat  ide  gagasan  pokok  penelitian,  mengolah  data,  menganalisis  data,  menulis  artikel  dan  mengedit kembali  artikel  hasil  review  dari  reviewer,  MS  mengecek  kemiripan,  sedangkan  SH  mengambil  data  percobaan.

## Daftar  Pustaka
Abidin,  K  dan  Wagiani,  S.  2013.  Studi  Analisis  Perbandingan  Kecepatan  Aliran  Air  Melalui  Pipa  Venturi  Dengan  Perbedaan Diameter Pipa. Jurnal Dinamika . Vol. 04 (1), 62-78. Ashari, A. 2017. Tekanan Atmosfer dan SIrkulasi Atmosfer Global . Yogyakarta, UNY. Ariza,  F.  2019. Analisa  Numerik  Aliran  Melalui  Venturimeter  Dengan  Variasi  Ukuran  Leher  Untuk  Menentukan  Koefisien Kecepatan  Dan  Penurunan  Tekanan .  Medan,  Program  Studi  Teknik  Mesin  Fakultas  Teknik  Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara.
Cahyono,  T.T  dan  Sucahyo,  I.  2017.  Pengembangan  Alat  Peraga  Tabung  Venturi  untuk  Melatihkan  Keterampilan  Proses Sains  pada  Materi  Fluida  Dinamik. Jurnal  Inovasi  Pendidikan  Fisika. Vol.06  (3), 246-249. Fatimah,  2021. Pengembangan  Modul  Fisika  Fluida  Dinamis  Berbasis  Pemecahan  Masalah .  Makassar,  Universitas Muhammadiyah  Makassar  Fakultas  Keguruan  Dan  Ilmu  Pendidikan Program Studi Pendidikan  Fisika. Ramadhan,Y,  Ramelan,  dan  Sumbodo,  W.  2014.  Pengembangan  Media  Pembelajaran  Pengukuran  Rugi  Aliran  Fluida  Cair Dalam  Pipa  Venturi  Untuk  Menunjang  Perkuliahan  Mekanika  Fluida. Journal  of  Mechanical  Engineering  Learning . Vol. 03 (2). 115-124.
Rismaningsih,  F,  Nurhafsari,  A,  dan  Budiman,  J.  2020.  Pengembangan  Alat  Praktikum  Venturimeter  sebagai  Media Penunjang Perkuliahan Fisika Dasar Prodi Teknik Sipil Universitas Islam Syekh-Yusuf. Jurnal Pendidikan dan Aplikasi Industri (UNISTEK) . Vol. 07 (1), 28-34.
Sultan, A.D, Rizky, Hidayat, Mulyani, S, Yusuf, W. A. 2020. Analisis Pengaruh Luas Penampang pada Kecepatan Aliran Air dengan Menggunakan Tabung Venturimeter. Jurnal Pendidikan Fisika Universitas Muhammadiyah Makassar . Vol. 08 (1), 94-99.
Widowati,  W.  2017. Pengembangan  alat  praktikum  venturimeter  untuk  pembelajaran  materi  fluida  di  SMA/MA  kelas  XI . Yogyakarta, Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Kalijaga.