Tekanan adalah gaya yang bekerja per satuan luas permukaan. Tekanan dapat dinyatakan sebagai ukuran intensitas gaya pada setiap titik permukaan yang terkena oleh gaya tersebut. Bila gaya didistribusikan ke seluruh permukaan maka besarnya tekanan pada setiap titik di permukaan yang terkena gaya tersebut adalah sama.
Besarnya tekanan dapat dihitung dengan membagi gaya total dengan luas permukaan.
Hubungan ini diformulasikan sebagai berikut:
𝑃 =
𝐹𝐴 (2.14)
Di mana P = Tekanan dalam satuan newton per meter persegi (N/m2) atau pascal (Pa)
F = Gaya dalam satuan newton (N)
A = Luas permukaan dalam meter persegi (m2)
Karena F = (m)(a), maka
𝑃 =
(𝑚)(𝑎)𝐴
=
(𝑚)(𝑔)𝐴 (2.15)
Contoh 2.11 Sebuah tanki yang lantainya berukuran (2 x 3) meter, diisi air sehingga masa air total mencapai 18.000 kg. Tentukan (a) Gaya grafitasi dalam newton yang diterima dasar tanki, (b) tekanan yang diterima dasar tanki dalam pascal?
Solusi
(a) Gaya grafitasi yang diterima dasar tanki adalah
F = (18.000) kg x (9,807) N/kg = 176.526 N
(b) Luas dasar tanki adalah 6 m2, dengan persamaan 2.14, Tekanan yang diterima dasar tangki adalah
P = 176.526 N / 6 m2 = 29.421 N/m2 (Pa)
Dalam sistem satuan internasional (SI unit), satuan tekanan adalah pascal (Pa) atau kilopascal (kPa). Satu pascal setara dengan satu newton per meter persegi.
Ukuran tekanan lain yang masih banyak digunakan adalah bar. Di mana 1 bar setara dengan 100 kilopascal (kPa) atau 100 N/m2. Tekanan juga dapat dinyatakan dalam istilah kolom fluida, biasanya mercury (Hg) atau air (H2O). Bila mercury yang digunakan untuk mengukur tekanan, maka ukuran tekanan dinyatakan dalam milimeter mercury (mm.Hg), Bila air yang digunakan, maka dinyatakan dalam milimeter air (mm.H2O).
Tekanan Atmosfir
Bumi kita dilingkupi oleh lapisan atmosfir atau udara mulai dari permukaan bumi hingga puluhan kilometer jaraknya dari permukaan bumi. Karena udara memiliki masa atau berat akibat adanya gaya grafitasi bumi, maka bekerjalah tekanan pada permukaan bumi, yang disebut tekanan atmosfir.
Bayangkan ada satu kolom udara yang mempunyai luas permukaan sebesar 1 m2 terletak di atas permukaan laut hingga mencapai batas lapisan atmosfir. Masa udara yang ada dalam kolom tersebut adalah 101.325 N. Karena gaya yang ditimbulkan oleh masa udara tersebut bekerja pada luas permukaan 1 m2, maka tekanan yang bekerja pada permukaan laut, di mana kolom udara itu berdiri adalah 101.325 N/m2
atau Pa. Angka tersebut dijadikan patokan ukuran tekanan atmosfir atau tekanan barometer di atas permukaan laut, yakni satu atmosfir (1 atm).
Tekanan atmosfir tidak selalu konstan tetapi bervariasi terhadap suhu, kelembaban, dan kondisi lainnya. Tekanan atmosfir juga bervariasi terhadap ketinggian (altitude), yaitu akan turun jika tempatnya semakin tinggi.
Barometer
Barometer adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur tekanan pada atmosfir bumi. Barometer sederhana untuk mengukur tekanan dalam istilah ketinggian kolom mercury dapat dibuat dengan mengisikan mercury ke dalam tabung gelas sepanjang satu meter atau 100 milimeter yang salah satu ujungnya tertutup.
Kemudian tabung berisi mercury diletakkan ke dalam mangkuk yang berisi mercury seperti diperlihatkan dalam Gambar 1.6.
Gambar 2.6 Barometer mercury
Tekanan yang bekerja pada permukaan mercury akibat tekanan atmosfir menyebabkan mercury yang ada di dalam tabung tetap terjaga pada level tertentu.
Besarnya tekanan atmosfir akan menentukan tinggi kolom mercury.
Tinggi kolom mercury di dalam tabung merupakan ukuran tekanan yang dihasilkan oleh gaya tekan udara atmosfir pada permukaan mercury (air raksa), dan dibaca dengan menggunakan skala kolom mercury (mm Hg). Tekanan normal atmosfir
di atas permukaan laut sebesar 101.325 pascal yang bekerja pada permukaan mercuri, akan menyebabkan tinggi kolom mercury tetap pada tinggi 760 mm.
Bila 760 mm Hg setara dengan 101.325 Pa, maka untuk setiap mm Hg akan setara dengan 133,32 Pa. Dari sini kita dapat membuat hubungan lain sebagai berikut:
Cm Hg = (Pa)/(1333,2) (2.16) Mm Hg = (Pa)/(133,32)
Pa = (cm Hg)(1333,2) Pa = (mm Hg)(133,32)
Contoh 2.12 Sebuah barometer mercury membaca 764 mm Hg. Tentukan tekanan atmosfir yang menyebabkannya dalam Pa?
Solusi menggunakan persamaan 2.16, tekanan atmosfir adalah (764 mm Hg)(133,32) = 101.856 Pa = 101,856 kPa.
Manometer
Manometer adalah salah satu jenis meter tekanan (pressure gauge) yang menggunakan kolom mercury untuk mengukur tekanan suatu zat (cair atau gas) yang ada di dalam suatu tabung. Konstruksi manometer mercury ayng sederhana diperlihakan dalam Gambar 2.7 hingga Gambar 2.9.
Gambar 2.7 Manometer Tabung-U.
Karena kedua ujung kaki manometer terbuka, maka akan menerima tekanan atmosfir sama pada kedua sisinya, sehingga level kolom mercury sama tinggi.
Gambar 2.8 Manometer mercury sederhana.
Pada salah satu ujung kaki manometer terhubung ke tabung yang bertekanan 800 mm Hg. Tekanan tabung menggeser kolom mercury naik sebesar 40 mm Hg.
Gambar 2.9 Manometer mercury sederhana.
Pada salah satu ujung kaki manometer terhubung ke tabung yang bertekanan 720 mm Hg. Tekanan atmosfir menggeser kolom mercury turun sebesar 40 mm Hg.
Tabung Bourdon
Karena konstruksi manometer yang tidak praktis, memerlukan tabung panjang, untuk alasan praktis manometer tidak digunakan untuk mengukur tekanan yang lebih besar dari satu atmosfir. Sebagai gantinya, untuk mengukur tekanan yang lebih besar dari satu atmosfir digunakan Tabung Bourdon. Seperti diperlihatkan dalam Gambar 1.10.
Tipikal Tabung Bourdon adalah melengkung cenderung melingkar, bentuk elip, terbuat dari metal yang cenderung bergerak lurus bila tekanan di dalam tabung naik dan
kembali melengkung bila tekanan di dalam tabung turun kembali. Kemudian gerakan tabung yang mengembang dan menyusut kembali tersebut ditransmisikan secara mekanik ke jarum penunjuk.
Gambar 2.10 Tipikal Tabung Bourdon
Meter tekanan yang terbuat dari tabung Bourdon sangat kuat dan dapat mengukur tekanan di atas dan di bawah tekanan atmosfir. Tabung Bourdon yang digunakan untuk mengukur tekanan di atas tekanan atmosfir lazim disebut sebagai pressure gauge. (Gambar 1.11). Tabung Bourdon yang didesain untuk mengukur tekanan di bawah tekanan atmosfir disebut vacuum gauge. (Gambar 1.12). Dan bila digunakan untuk dapat mengukur kedua jenis skala, disebut compound gauge.
(Gambar 1.13)
Gambar 2.11 Pressure Gauge
Gambar 2.12 Vacuum gauge
Gambar 2.13 Coumpond Gauge
Tabel 2.3 Beberapa Satuan dan Ekivalennya Tekanan
1 atm = 14,7 psi = 29,92 in.Hg = 760 mm.Hg
= 33,9 ft.w = 407 in.w = 1,013 x 105 Pa = 101,3 kPa 1 psi = 144 lb/ft2 = 6,9 x 103 kPa
1 Pa = 1 N/m2 = 1,45 x 10-4 psi 1 kPa = 0,145 psi
1 in.Hg = 3385 Pa = 3,385 kPa 1 mm.Hg = 1 torr = 133,3 Pa =1/760 atm
1 in.w = 1,86 mm.Hg = 249 Pa Energi
1 Btu = 252 cal = 0,252 kcal = 1,055 kJ 1 kcal = 3,97 Btu =
Daya
1 hp = 746 watt = 550 ft.lb/sec 1 kW = 1,34 hp = 0,239 kcal/sec
1kcal/sec = 4,186 kW