Hidrodinamika (Mekanika Fluida) Air Untuk Sistem Pompa – 1 (Apakah Memperkecil Ukuran Pipa Akan Memperbesar Tekanan Air?)

Kami akan secara teratur membahas mengenai dasar-dasar hidrodinamika air untuk sistem pemompaan. Pembahasan hidrodinamika ini akan berfokus pada mekanika fluida aliran air pada pipa. Kami akan mencoba membahas artikel ini sesederhana mungkin agar dapat dipahami oleh khalayak ramai yang tidak memiliki latar belakang teknis.

Artikel ini kami akan membahas miskonsepsi (kesalahpahaman) yang sangat umum terjadi pada pemipaan. Pada umumnya sebagian besar masyarakat (orang awam) selalu mempunyai persepsi “Dengan memperkecil ukuran pipa akan meningkatkan tekanan air”. Dengan sangat menyesal kami harus mengatakan bahwa pendapat tersebut adalah salah besar. Setelah puluhan tahun bergerak di bidang pompa, kami telah banyak mendengar penjelasan dari client maupun melihat langsung kesalahpahaman ini di lapangan.

Mengapa kesalahan ini sering terjadi? Hal ini dikarenakan pada umumnya masyarakat mengacu pada prinsip selang air. Mereka berpendapat bahwa bila ujung selang ditekan dengan jari, biasanya akan terasa aliran air lebih kencang saat keluar dari selang dan dapat menyembur lebih jauh. Maka sangat logis bila orang berasumsi dengan mengecilkan ukuran pipa maka tekanan air akan kencang seperti halnya dalam prinsip selang yang ditekan yang tentu saja tidak benar.

Kami akan memberikan beberapa penjelasan kepada anda mengapa memperkecil ukuran pipa tidak bisa meningkatkan tekanan air.

I. Prinsip Bernoulli Pada Pipa

Penjelasan paling sederhana adalah menggunakan Prinsip Bernoulli yang ditemukan oleh Daniel Bernoulli pada tahun 1738. Dalam keadaan ideal, Bernoulli menyatakan bahwa ketika kecepatan cairan pada suatu penampang (pipa) bertambah, maka tekanan cairan tersebut akan berkurang. Sebagai ilustrasi akan kami perlihatkan diagramnya di bawah ini.



Prinsip Bernoulli

Low Velocity = Kelajuan (kecepatan) rendah
High Velocity = Kelajuan (kecepatan) tinggi
Low Pressure = Tekanan rendah
High Pressure = Tekanan tinggi

Bisa diperhatikan pada gambar di atas, saat luas penampang pipa diperkecil, tekanan air berkurang dan kelajuan (kecepatan) air meningkat. Dan sebaliknya saat luas penampang pipa diperbesar, tekanan meningkat dan kelajuan (kecepatan) air berkurang. Jelas terlihat berdasarkan Prinsip Bernoulli bahwa bila luas penampang diperkecil maka yang meningkat adalah kelajuan air dan bukan tekanannya. hal ini disebabkan oleh Efek Venturi. Efek Venturi, sesuai dengan Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa kecepatan suatu cairan akan bertambah ketika melewati ruang yang lebih sempit guna mempertahankan debit (kapasitas per satuan waktu) cairan tersebut sehingga tekanan cairan saat melewati ruang yang lebih sempit tersebut harus turun akibat perubahan energi dari energi potensial tekanan menjadi energi kinetik.

Kami rasa dengan adanya Prinsip Bernoulli dan Efek Venturi yang tergolong ilmu fisika yang menjadi bagian dari hukum alam ini akan membantu para pembaca untuk menjelaskan kesalah-pahaman yang sudah terjadi.

II. Pengaruh Gaya Gesek (Friction Loss) Pada Pipa

Pembahasan sebelumnya yang menggunakan asas Prinsip Bernoulli berdasarkan kondisi ideal. Tentu saja pada kenyataannya tidak ada kondisi ideal. Oleh karena itu kami akan membahas mengenai pengaruh gaya gesek cairan dengan pipa penampangnya. Semua cairan yang terdapat di dunia ini saat bergerak akan menimbulkan gaya gesek dengan penampangnya. Dalam hal ini kita ambil contoh air. Saat air bergerak berpindah dari satu tempat ke tempat lain melalui pipa, maka akan timbul gaya gesek antara cairan tersebut dengan pipa tersebut. Semakin tinggi kelajuan (kecepatan) pergerakan air tersebut, maka makin tinggi juga gaya gesek cairan dengan pipa.

Apa itu gaya gesek (friction loss)? Harap diperhatikan istilah Inggris yang tepat untuk gaya gesek adalah friction force. Tetapi untuk pemipaan ini digunakan istilah friction loss. Dan friction loss ini merupakan bagian dari Head Loss dari suatu sistem pemipaan. Arti sederhana gaya gesek adalah suatu gaya yang melawan laju aliran dari suatu cairan yang mengalir. Dalam halnya pipa di air, gaya gesek pipa di air akan melawan laju aliran air sehingga kelajuan (kecepatan) air akan berkurang yang secara otomatis nilai tekanan air juga berkurang. Di dalam kehidupan kita sehari-hari gaya gesek terdapat di mana saja. Mulai dari ban mobil yang bergerak, mendorong peti di atas lantai, maupun aliran air pada pipa.



Tabel Friction Loss Pada Selang Fleksibel 1.5"



Tabel di atas memperlihatkan nilai Head Loss/Friction loss (gaya gesek) dari suatu merek selang fleksibel 1.5". Terlihat dengan meningkatnya debit (kapasitas/satuan waktu) dari air, maka nilai gaya gesek tersebut juga naik. Gaya gesek yang meningkat akan menyebabkan total tekanan air pada pipa semakin berkurang.


III. Kesimpulan

Bila prinsip gaya gesek ini kita gabungkan dengan Prinsip Bernoulli maka anda akan melihat secara jelas bahwa memperkecil ukuran pipa TIDAK akan menaikan tekanan air pada pipa. Yang terjadi malah sebaliknya, memperkecil ukuran pipa AKAN menurunkan tekanan air pada pipa! Hal ini dikarenakan memperkecil ukuran pipa akan menurunkan tekanan dan ditambah karena kelajuan (kecepatan) air yang meningkat akan menyebabkan gaya gesek pipa pada air juga meningkat. Tekanan air yang telah menurun karena pengecilan pipa (sesuai dengan Prinsip Bernoulli) ditambah dengan gaya gesek (friction loss) air dengan pipa akan menyebabkan tekanan total air pada pipa akan berkurang secara drastis! Oleh karena itu ukuran pipa harus disesuaikan dengan kondisi lapangan, debit air yang mengalir dan jalur pipa yang ada. Kami di PT Esparindo Dayamegah akan memberikan rekomendasi ukuran pipa yang sesuai dengan kebutuhan client kami.

Semoga informasi ini pada artikel ini akan bermanfaat kepada para pembaca sekalian dan membantu menuntaskan masalah yang timbul dikarenakan kurangnya tekanan pada pipa yang kekecilan.

Bagi para pembaca yang hendak menggunakan isi artikel ini, kami mohon kesudiaannya memberikan referensi ke blog kami ini. Terima kasih.