< Previous | 10 Teknik Pengukuran Besaran Proses 8. Apakah yang dimaksud dengan karakteristik dinamik dari suatu alat ukur? 9. Sebutkan penggolongan fungsi alat ukur berdasarkan penggunaannya sehari-hari! 10. Elemen manakah dari suatu alat ukur yang bekerja sebagai tranducer? 11. Apakah perbedaan fungsi alat ukur sebagai pencatat dan perekam? 12. Apakah elemen sekunder dari suatu alat ukur itu? 13. Sebutkan dua elemen dari suatu alat ukur selain primer dan sekunder! | 11 Teknik Pengukuran Besaran Proses BAB 2 PENGUKURAN TEKANAN Tempat dimana terpasang alat ukur untuk melakukan pengukuran disebut titik ukur. Jumlah ttik ukur untuk besaran tekanan sebanyak 30% dari jumlah titik ukur seluruh besaran yang terdiri dari tekanan, temperatur, aliran, permukaan, dan besaran lainnya. 1. DASAR PENGUKURAN TEKANAN Yang dimaksud dengan tekanan adalah perbandingn antara gaya dengan luas bidang dimana gaya itu bekerja. Misalkan gaya pada setiap kakisuatu meja besarnya adalah F, sedangkan luas alas kaki mejanya adalah A. Maka besarnya tekanan yang bekerja pada dasar lantai tempat kaki meja berpijak itu adalah Untuk menentukan suatu tekanan, kita perlu mengetahui satuan gaya dan satuan luas. Satuan system british untuk mekanika didasarkan FPS dimana satuan gaya adalah pound, panjang dalam foot sedangkan waktu adalah second, satuan tekanan dapat dinyatakan dengan pound tiap inchi persegi atau pound per square inchi (psi). Satuan ini nampaknya tersisihkan oleh satuan Internasional (SI). Pada SI ini, satuan massa dalam kg, panjang dalam meter dan waktu dalam sekon. Berat dari benda yang mempunyai massa 1kg adalah 9,81 newton maka 1kgf = 9,81newton. Tekanan sebesar 1 newton setiap per meter persegi disebut satu pascal. Jika | 12 Teknik Pengukuran Besaran Proses dikehendaki satuan tekanan yang besar dapat mempergunakan kilo newton per 푚2atau kilo pascal. Ekuivalen dari 105 newton per 푚2 disebut 1 bar. Untuk tekanan yang lebih rendah digunakan tinggi kolom cairan dengan satuan yang dipergunakan adalah millimeter kolom air (퐻2푂). Dari macam-macam satuan tekanan diatas dapat disusun konversi sebagai berikut: 1 bar = 10 5푁푚2 1 mm퐻2푂 = 9.81 푁푚2 1 kPa = 10 3푁푚2 1 mm mercury = 133,5 N/m2 1 kgf/푐푚2 = 14.7 psi 1 inch mercury = 249,1 N m2 Khusus untuk gas, dikenal ada tiga macam tekanan, yaitu : a. Tekanan mutlak (absolut), maksudnya adalah tekanan gas yang sebenarnya yang dinyatakan dalam psia 1; b. Tekanan gage, maksudnya adalah tekanan lebihnya dari tekanan udara luar atau atmosfir (psig); c. Tekanan vakum, maksudnya adalah tekanan kurangnya dari tekanan udara luar atau atmosfir . Ketiga macam tekanan tersebut dapat digambarkan seperti diagram di bawah ini : | 13 Teknik Pengukuran Besaran Proses Gambar 2.1 : Skala unit untuk pengukuran tekanan. Pada titik X, dapat dinyatakan bertekanan absolut 51 cm Hg, atau tekanan vakum 20 cm Hg. Pada titik P, dapat dinyatakan bertekanan absolut 96 cm Hg, atau tekanan gage 25 cm Hg. Perbedaan antara tekanan gage dengan tekanan absolut ialah pada titik nolnya. Titik nol untuk tekanan gage terletak pada tekanan atmosfir sedangkan untuk tekanan absolut terletak pada titik nol mutlak (zero absolute). Skala tekanan vakum mempunyai titik nol pada tekanan atmosfir dan yang paling tinggi sama dengan zero absolute. Pengukuran tekanan absolut sangat penting dalam menentukan skala tekanan gage dan skala vakum untuk mengukur tekanan, baik tekanan gage, absolut, vakum ataupun beda tekanan (differential pressure), kita mengenal dua macam elemen, yaitu : elemen kolom cairan dan elemen elastis. Tekana | 14 Teknik Pengukuran Besaran Proses 1. ELEMEN KOLOM CAIRAN Di dalam Fisika dikenal Hukum Hidrostatika yang mengutarakan tentang tekanan yang bekerja pada suatu fluida terutama zat cairnya. Hal ini akan mendasari cara kerja dari alat-alat ukur tekanan yang menggunakan elemen kolom cairan. Oleh karena itu sebelum membicarakan tentang alat ukur tekanan yang menggunakan elemen kolom cairan, di bawah ini akan diuraikan terlebih dahulu tentang hidrostatika. 1.1. Tekanan Hidrostatika Istilah hidrostatika dipergunakan dalam mempelajari fluida yang dalam keadaan diam. Fluida yang dimaksudkan adalah zat yang dapat mengalir. Dengan demikian maka yang termasuk fluida adalah zat cair dan gas. Zat cair dengan gas memiliki perbedaan dalam hal sifat dapat tidaknya untuk dimampatkan. Gas dengan mudah dapat dimampatkan sedangkan zat cair memiliki sifat yang sebaliknya yaitu tidak dapat dimampatkan, sehingga berapapun besarnya tekanan yang diberikan pada zat cair perubahan volumenya dapat diabaikan. Suatu fluida yang berada dalam suatu tabung mengerjakan gaya pada dinding tabung tersebut. Besar tekanan pad asetiap titik merupakan perbandingan dari gaya F yang bekerja pada bidang seluas A. p = , F = p . A Seorang ahli fisika yaitu Galileo telah mengukur tekanan atmosfir pada permukaan laut dengan jalan mengosongkan | 15 Teknik Pengukuran Besaran Proses (membuat vakum) sebuah tabung. Kedalam tabung yang vakum itu dimasukkan air (H2O). Tinggi air dalam tabung menunjukkan 10 m dan tidak bisa lebih. Maka dapatlah dinyatakan bahwa tekanan atmosfir di permukaan laut adalah 10mH2O (kolom air). Hal itu menyebabkan cara Galileo kurang baik untuk dipergunakan sebagai alat ukur, karena tidak praktis. Kemudian Toricelli mengadakan eksperimen dengan menggunakan air raksa sebagai pengganti air. Kita ketahui bahwa berat jenis air raksa adalah 13,6 kali berat jenis air. Ia telah berhasil menunjukkan tekanan atmosfir dengan kolom air raksa setinggi 30 inchi atau 76 cm. (gambar 2.2). Gambar 2.2 : Percobaan Toricelli | 16 Teknik Pengukuran Besaran Proses 1.2. Percobaan Toricelli Suatu tabung gelas diisi air raksa sampai penuh, kemudian dibalikkan dalam keadaan tertutup dan mulut tabung yang tertutup itu dicelupkan ke dalam bak yang berisi air raksa. Bila tutup mulut tabung dibuka maka air raksa dalam tabung akan turun, tetapi tidak turun sampai habis karean adanya tekanan udara luar (atmosfir). Bagian atas dari permukaan air raksa dalam tabung merupakan ruangan vakum yang kemudian disebut Vakum Toricelli. 1.3. Manometer pipa U Pipa U adalah pipa yang berbentuk huruf U, sehingga dapat disesuaikan dengan bejana berhubungan. Oleh karena itu pada pipa U dapat diberlakukan hukum bejana berhubungan, yaitu jika pipa U diisi satu jenis zat cair maka tinggi permukaan zat cair akan sama rata jika tekanan pada permukaan zat cair sama. Manometer pipa U terdiri atas dua macam, yaitu : a. Manometer pipa U untuk tekanan absolut; b. Manometer pipa U untuk mengukur perbedaan tekanan atau tekanan gage. (tekanan pengukuran). 1.3.1. Manometer pipa U untuk tekanan absolut Untuk mengukur tekanan absolut dipergunakan pipa U yang salah satu ujungnya tertutup sedangkan ujung lainnya terbuka yang dapat dihubungkan dengan ruangan yang akan diukur tekanannya. Pada kaki yang ujungnya tertutup terdapat ruangan vakum di atas permukaan zat cairnya seperti pada barometer. (Gambar 2.3a). Besarnya tekanan P = ρ g h | 17 Teknik Pengukuran Besaran Proses Dimana : P = tekanan absolut , Pa = rapat massa , kg/m3 g = percepatan gravitasi , m/det2 h = perbedaan tinggi cairan , m. Gambar 2.3 : Manometer Pipa U Untuk tekanan tinggi dipergunakan zat cair yang berat jenisnnya besar sehingga didapat ketinggian h yang sesuai dengan kemampuan ukuran pipa U nya. Untuk tekanan rendah akan didapat penunjukan h yang lebih teliti jika dipergunakan zat cair yang ringan. 1.3.2. Manometer pipa U untuk tekanan Gage dan Diferensial Kedua ujung kaki manometer ini dibuat terbuka. Pada kedua ujung dimasukkan tekanan yang berbeda masing-masing P2 yang lebih besar dan P1 (lihat Gambar 2.3b). Perbedaan tekanan antara P2 dengan P1 ditunjukkan oleh perbedaan tinggi cairan = h | 18 Teknik Pengukuran Besaran Proses Maka (P2 – P1) = g h ρ = rapat massa, kg/m3 g = percepatan gravitasi, m/det2 h = tinggi cairan, m. P2 – P1 = perbedaan tekanan, Pa Jika dipergunakan untuk mengukur gage, maka kaki kiri (푃1) dihubungkan dengan udara luar. 1.4. Manometer Bak(Well Manometer) Pada manometer bak, ukuran salah satu kaki pipa U diperbesar (Gambar 2.4). Dengan ukuran konstruksi tersebut maka penurunan permukaan zat cair pada kaki akibat dari tekanan 푃2 akan menaikkan permukaan zat cair pada kaki yang sebelah kanan, sehingga diperoleh perbedaan ketinggian = h di atas zero. Jika penurunan pada bak = X maka perbedaaan tinggi pada zat cair = (h+x), sehingga : 푃 2 - 푃1 = 휌 g (h+x) Luas penampang bak = A2, luasa penampang pipa = A1, Maka x = x h 푃2 - 푃1 = 휌 g 1+ 퐴1퐴2 h Untuk 퐴1 yang kecil sekali dibandingkan dengan 퐴2, maka 퐴1퐴2 dapat diabaikan, sehingga 푃2 - 푃1 = 휌 g h. | 19 Teknik Pengukuran Besaran Proses Gambar 2.4: Manometer Bak 1.5. Manometer Miring Konstruksi dari manometer miring hampir sama dengan manometer bak. Pada manometer miring, kaki pipa diletakkan miring yang membentuk sudut sebesar α dengan bidang datar (Gambar 2.5). Dengan konstruksi kemiringan dikehendaki sensitivitas yang lebih besar dari konstruksi sebelumnya. Gambar 2.5: Manometer miring Next >