Thursday, September 6, 2012

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.


18 comments:

  1. Dear Pak Iwan,

    Kami adalah aplikator dari produk bapak ESPA Prisma15 5M dengan accessories Pressure Tank, Switch, etc, dan kami gunakan sebagai pompa tekan (Booster Pump).

    Rangkaiannya dari Roof Tank dan di distribusikan ke seluruh lantai di bawahnya. Ukuran Header 8", dan distribusi menggunakan Rifeng 1,5".

    Namun yang menjadi kendala kami saat ini adalah pompa tidak bekerja secara aktif ketika kran di masing2 lantai sudah terbuka.
    Dan terkadang putaran pompa terdengar berat.
    Mohon advise anda. Terimakasih.

    ReplyDelete
  2. Dengan hormat,

    Terima kasih telah membeli produk kami.

    Setelah memeriksa data, terlihat pihak Toyotec hanya membeli produk dari kami dan kami tidak terlibar pemasangan. Oleh karena itu kami sarankan pihak Toyotec untuk menghubungi bagian teknis di kantor kami melalui telfon 021-65867688 (hunting) atau via email baik melalui blog@esparindo.com atau email yang ada di website kami.

    Perlu kami tanyakan apakah pompa tersebut dimaintenance secara teratur? Karena seperti halnya alat mekanis-listrik memerlukan perawatan dan pergantian suku cadang secara teratur.

    Bila perlu, kami dapat memeriksa apakah pemasangan sudah bener. Kami minta untuk disiapkan info teknis seperti denah (layout) pemipaan, foto pompa dan pemipaan, foto ruang pompa, aplikasi pompa, dan informasi lain yang akan diminta oleh staff teknis kami.

    Terima kasih atas perhatiannya akan kami tunggu pihak Toyotec menghubungi kami.

    ReplyDelete
  3. dear pak iwan

    saya lagi mencari pompa yang cocok untuk pertanian,dimana pada pertanian kami biasa memakai mesin diesel tetapi karena BBM mau naik saya mau cari altenatif mesin pompa listrik, dimana kedalaman air tanah pada waktu kemarau 12 meter, sedangkan output yang diinginkan 3",
    mohon saran dan batuannya
    terimakasih sebelumnya

    ReplyDelete
    Replies
    1. Mohon diberikan alamat email atau nomor telefon yang dapat dihubungi agar sales kami dapat menghubungi Bapak. Atau Bapak dapat mengirimkan email ke blog@esparindo.com

      Delete
  4. Salam Hormat....
    artikelnya sungguh luar biasa.
    Terima kasih tak terhingga.

    satu hal yang bisa saya kutip dari artikel diatas :
    "Pengalaman adalah sumber ilmu pengetahuan.
    tetapi ilmu pengetahuan adalah pengalaman yang telah teruji"

    ReplyDelete
    Replies
    1. Salam kembali kepada Bapak Elrooy. Terima kasih atas komentarnya. Kami sangat setuju dengan komentar tersebut. Pengalaman dan pengetahuan memang tidak bisa dipisahkan dan terkait satu dengan yang lainnya.

      Delete
  5. info bermanfaat
    Salam kenal buat Bapak Iwan - Sukses buat Esparindo

    ReplyDelete
    Replies
    1. Terima kasih atas komentarnya. Sukses juga untuk Bangkit Jaya Mandiri.

      Delete
  6. Kalau yang terjadi adalah yang seperti saya terangkan dibawah gimana pak?
    Pada sebuah instalasi pipa dari sebuah pompa ukuran pipa diameter 4" dipasang sebuah pressure indicator, ketika pompa on, PI menunjukan tekanan 4.8kg.
    Lalu ukuran pipa di ganti dengan diameter 2", dan pada saat pompa yang sama on, PI menunjukan tekanan 6.1kg.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Pertanyaan menarik, Pak. Untuk menjawabnya saya perlu informasi tambahan.

      Pressure indicatornya tersebut diposisikan pada pipa di bagian mana? Di bagian ujung outlet pompa (awal pipa) atau dibagian keluar air (akhir dari pipa)?

      Delete
  7. salam kenal pak irwan.
    saya ingin tanyakan bagaimana jika untuk saluran hisap memakai pipa 3/4" sedangkan saluran buang memakai pipa 1/2". Apakah itu bisa mengganggu tekanan airnya? Yang ingin saya pakai mesin air sanyo ph 150..
    Terima kasih sebelumnya..

    ReplyDelete
    Replies
    1. Salam kenal,

      Kami sarankan untuk menggunakan ukuran pipa paling sedikit harus sama dengan ukuran koneksi pompanya. Kalau bisa malah diperbesar satu tingkat. Apabila ukuran pipa buang (discharge) diperkecil, otomatis air yang dihasilkan lebih sedikit karena jumlah volume air yang melalui penampang pipa lebih sedikit.

      Delete
  8. Salam kenal Pak..

    Mungkin yang paling mudah dipahami adalah memperkecil penampang berarti mempercepat aliran, dan memperbesar tekanan kinematis Pak...

    ReplyDelete
    Replies
    1. Salam kenal Pak Bayu. Terima kasih atas komentarnya. Tetapi yang lebih tepat menurut hukum Bernoulli adalah memperkecil penampang berakibat mempercepat aliran tetapi memperkecil tekanan. Jadi apabila luas penampangnya diperkecil, tekanannya menjadi kecil, Pak.

      Apakah Pak Bayu setuju? Boleh saya minta tanggapannya.

      Delete
    2. This comment has been removed by the author.

      Delete
    3. Mohon ijin untuk menanggapi Pak Iwan

      Pertama saya akan tampilkan link yang berisi pembahasan

      tentang hukum bernolli dari NASA sebagai referensi yaitu :

      http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/bern.html

      Pada referensi tersebut menunjukkan bahwa tekanan total

      disebut juga stagnation pressure (Ptot) = Static Pressure

      (P) + Dynamic pressure (1/2 rho x v^2).

      Dynamic pressure
      Dynamic pressure ini mempunyai persamaan 1/2 x rho x v^2.

      Jika kita perhatikan bahwa tekanan dinamik akan semakin

      besar jika kecepatan (v) semakin besar karena v nya di

      kuadratkan. Hal ini berarti semakin cepat aliran maka

      tekanan dinamiknya semakin besar. Secara fisik jika kita

      meletakkan tangan pada aliran yang kecepatannya lebih

      tinggi, maka akan terasa tekanannya lebih besar

      dibandingkan dengan aliran yang kecepatannya lebih rendah.

      Static Pressure
      Pada gambar di blog ini tentang prinsip bernolli sudah

      digambarkan bahwa dengan mempercepat aliran (dengan

      mempersempit area menggunakan venturi) maka tekanannya

      menjadi rendah. Jika Ps1 adalah tekanan statis pada bagian

      bukan venturi dan Ps2 adalah tekanan statis pada bagian

      venturi, persamaannya menjadi :
      (Ps1 - Ps2) = 1/2 rho x (v2^2 - v1^2)
      Ps2 = Ps1 - [1/2 rho x (v2^2 - v1^2)]
      Karena pada venturi aliran fluida dipercepat, maka v2 akan

      semakin besar sehingga tekanan statis di venturi (Ps2)

      menjadi lebih kecil dari Ps1.

      Delete
    4. Pak Bayu,

      Rumusnya sangat mendetail sekali. Mohon maaf saya belum sempat menganalisa rumus tersebut. Akan tetapi saya bisa menjelaskan berdasarkan pengertian saya atas hukum Bernoulli. Orang sering salah konsep akan tekanan air bertambah saat luas penampang berkurang. Hal ini biasa saya sebut salah konsep selang air. Saat berkebun orang suka menekan ujung selang agar air dapat menyembur lebih jauh. Asumsi yang dipikirkan adalah apabila saya mengecilkan ujung selang, air menyembur lebih jauh dan berarti tekanan bertambah (dan apabila air diarahkan ke tubuh sebenarnya terasa lebih kencang). Sebenarnya semburan air terasa lebih kencang karena kecepatannya bertambah dan lebih terfokus yang mengakibatkan momentum tumbukannya terasa lebih kencang. Saya bukan ahli fisika, saya akan membutuhkan waktu untuk menurunkan rumusnya. Mungkin ada ahli fisika yang dapat membantu menjelaskan lebih detail.

      Akan tetapi saya memiliki beberapa sumber referensi yang dapat menjelaskan lebih lanjut akan hukum bernoulli sesuai dengan pengertian saya. Sumber referensi tersebut adalah sbb:

      Keterangan dari website fakultas fisika Boston University:
      http://physics.bu.edu/~duffy/py105/Bernoulli.html
      Pada link di atas, ada statement berikut ini:
      Bernoulli's equation has some surprising implications. For our first look at the equation, consider a fluid flowing through a horizontal pipe. The pipe is narrower at one spot than along the rest of the pipe. By applying the continuity equation, the velocity of the fluid is greater in the narrow section. Is the pressure higher or lower in the narrow section, where the velocity increases? Your first inclination might be to say that where the velocity is greatest, the pressure is greatest, because if you stuck your hand in the flow where it's going fastest you'd feel a big force. The force does not come from the pressure there, however; it comes from your hand taking momentum away from the fluid.

      Pernyataan tersebut dapat diartikan saat kecepatan air meningkat (disebabkan oleh mengecilnya luas penampang) mengakibatkan tekanan berkurang.


      Keterangan dari pihak yang mengaplikasikan hukum bernoulli untuk komersial (salah satu favorit saya dengan gaya penjelasan yang casual dari penulis):
      http://www.irrigationtutorials.com/using-a-smaller-pipe-to-increase-water-pressure/
      Di sana dijelaskan:
      Squeezing the water into a smaller pipe will not increase the water pressure!

      As you well know, Bernoulli’s Principle essentially says (paraphrased) that as the speed of a fluid increases, the pressure of that fluid decreases. If it didn’t, pigs wouldn’t fly.* Obviously as you force a given amount of water through a smaller size pipe, the velocity of the water must increase for it to get through the smaller pipe. According to Bernoulli’s Principle that will decrease the water pressure! This is called the Venturi effect.

      Pernyataan di atas dengan jelas menyebutkan memperkecil luas penampang pipa tidak akan memperbesar tekanan. Memperkecil luas penampang mengakibatkan kecepatan air bertambah dan tekanan berkurang.

      Delete
    5. Agar tidak terlalu panjang saya pisahkan menjadi dua tahap. Dua sumber referensi lainnya adalah sbb:

      Penjelasan dari website ilmiah:
      http://www.scienceclarified.com/everyday/Real-Life-Chemistry-Vol-3-Physics-Vol-1/Bernoulli-s-Principle.html
      Di sana dijelaskan:
      Clearly the volume of water flowing through the narrower pipe at any given moment was less than that flowing through the wider one. This suggested, according to Boyle's law, that the pressure in the wider pipe must be greater.

      As fluid moves from a wider pipe to a narrower one, the volume of that fluid that moves a given distance in a given time period does not change. But since the width of the narrower pipe is smaller, the fluid must move faster in order to achieve that result. One way to illustrate this is to observe the behavior of a river: in a wide, unconstricted region, it flows slowly, but if its flow is narrowed by canyon walls (for instance), then it speeds up dramatically.

      The above is a result of the fact that water is a fluid, and having the characteristics of a fluid, it adjusts its shape to fit that of its container or other solid objects it encounters on its path. Since the volume passing through a given length of pipe during a given period of time will be the same, there must be a decrease in pressure. Hence Bernoulli's conclusion: the slower the rate of flow, the higher the pressure, and the faster the rate of flow, the lower the pressure.


      Kesimpulan dari referensi di atas juga sama:
      Saat aliran air melambat (yang disebabkan luas penampang mengecil) maka tekanan bertambah besar dan sebaliknya saat aliran air melambat (yang disebabkan luas penampang membesar) maka tekanan berkurang


      Referensi saya yang keempat ini juga merupakan salah satu favorit saya karena memiliki animasi yang dapat menjelaskan efek bernoulli pada sebuah pipa. Animasi tersebut dapat dikutak-katik ukuran luas penampang pipanya untuk memperlihatkan efek perubahan pada nilai tekanan, kecepatan aliran air dan tekanan. Hanya Bapak Bayu harus memiliki java script untuk dapat melihat animasi tersebut:
      http://mitchellscience.net/Physics/BernoulliPrinciple

      dari animasi dapat dilihat memperkecil luas penampang akan mempercepat aliran air tetapi mengurangi tekanan. Dan apabila Bapak Bayu klik ke bagian introductory discussion akan menjelaskan bahwa yang saat penampang diperkecil dan tekanan bertambah merupakan ram pressure.

      Semoga sumber referensi ini dapat bermanfaat. Apabila ada yang hendak didiskusikan lagi saya akan dengan senang hati mencoba menjawab.

      Delete

UA-42274200-2