BAB I
PENDAHULUAN
Ketika kita membahas Fluida, konsep Tekanan menjadi sangat penting. Ketika fluida berada dalam keadaan tenang, fluida memberikan gaya yang tegak lurus ke seluruh permukaan kontaknya. Misalnya kita tinjau air yang berada di dalam gelas, setiap bagian air tersebut memberikan gaya dengan arah tegak lurus terhadap dinding gelas. Jadi setiap bagian air memberikan gaya tegak lurus terhadap setiap satuan luas dari wadah yang ditempatinya, dalam hal ini gelas. Demikian juga air dalam bak mandi atau Air kolam renang. Ini merupakan salah satu sifat penting dari fluida statis yaitu fluida yang sedang diam. Gaya per satuan luas ini dikenal dengan istilah tekanan.
Dalam ilmu fisika, Tekanan diartikan sebagai gaya per satuan luas, di mana arah gaya tegak lurus dengan luas permukaan. Secara matematis, tekanan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut ini :
P= A F
Dimana: P = tekanan (N/m2(Pa))
F = gaya (kg.m/s2, g.cm/s2, lb.ft/s2)
A = luas permukaan(m2, cm2, ft2)
Oleh karena itu, untuk mengukur tekanan pada yang terjadi pada suatu fluida, dibutuhkan suatu alat ukur. Adapun alat ukur yang bisa digunakan yaitu manometer, alat ukur Bourdon, barometer, dan lain-lain.
Pada pembahasan kali ini, alat ukur fluida yang akan dibahas adalah manometer. Manometer adalah alat ukur tekanan dan manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran. Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir).
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Definisi ManometerManometer adalah suatu alat pengukur tekanan yang menggunakan kolom cairan untuk mengukur perbedaan tekanan antara suatu titik tertentu dengan tekanan atmosfer (tekanan terukur), atau perbedaan tekanan antara dua titik.
Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Versi manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U yang diisi cairan setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa) dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang mungkin terjadi karena atmosfir) diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan memperlihatkan tekanan yang diterapkan.
Ilustrasi Skema Manometer Kolom Cairan Prinsip kerja manometer adalah sebagai berikut
Gambar a. Merupakan gambaran sederhana manometer tabung U yang diisi cairan setengahnya, dengan kedua ujung tabung terbuka berisi cairan sama tinggi.
Gambar b. Bila tekanan positif diterapkan pada salah satu sisi kaki tabung, cairan ditekan kebawah pada kaki tabung tersebut dan naik pada sisi tabung yang lainnya. Perbedaan pada ketinggian, “h”, merupakan penjumlahan hasil pembacaan diatas dan dibawah angka nol yang menunjukkan adanya tekanan.
Gambar c. Bila keadaan vakum diterapkan pada satu sisi kaki tabung, cairan akan meningkat pada sisi tersebut dan cairan akan turun pada sisi lainnya. Perbedaan ketinggian “h” merupakan hasil penjumlahan pembacaan diatas dan dibawah nol yang menunjukkan jumlah tekanan vakum.
Ada tiga tipe utama manometer: 1. Manometer satu sisi kolom yang mempunyai tempat cairan besar dari tabung U dan mempunyai skala disisi kolom sempit. Kolom ini dapat menjelaskan perpindahan cairan lebih jelas. Kolom cairan manometer dapat digunakan untuk mengukur perbedaan yang kecil diantara tekanan tinggi. 2. Jenis membran fleksibel: jenis ini menggunakan defleksi (tolakan) membran fleksibel yang menutup volum dengan tekanan tertentu. Besarnya defleksi dari membran sesuai dengan tekanan spesifik. 3. Jenis Pipa koil: Sepertiga bagian dari manometer ini menggunakan pipa koil yang akanmengembang dengan kenaikan tekanan. Hal ini disebabkan perputaran dari sisi lengan yang disambung ke pipa.
Penggunaan Manometer
Selama pelaksanaan audit energi, manometer digunakan untuk menentukan perbedaan tekanan diantara dua titik disaluran pembuangan gas atau udara. Perbedaan tekanan kemudian digunakan untuk menghitung kecepatan aliran di saluran dengan menggunakan persamaan Bernoulli (perbedaan tekanan=V^2/2g). Manometer harus sesuai untuk aliran cairan. Kecepatan aliran cairan diberikan oleh perbedaan tekanan = f LV2/2gD,
Dimana: f = faktor gesekan dari bahan pipa
L = jarak antara dua titik berlawanan dimana perbedaan tekanan diambil D = diameter pipa
g = kontanta gravitasi.
Manometer yang paling sederhana adalah piezometer, kemudian manometer pipa U, dan yang lebih rumit adalah manometer diferensial.
JENIS-JENIS MANOMETER 1. PIEZOMETER
Alat ini mengukur tekanan dalam cairan bila tekanan itu lebih besar daripada nol relatif. Sebuah tabung kaca dipasang secara vertikal sedemikian hingga tabung itu berhubungan dengan ruangan di dalam bejana. Cairan naik di dalam tabung sampai tercapainya keseimbangan. Maka tekanan ditunjukkan oleh jarak vertikal h dari meniskus (permukaan cairan) sampai titik tempat tekanan harus di ukur, yang dinyatakan dalam satuan panjang cairan di dalam bejana. Alat ini tidak dapat digunakan untuk mengukur tekanan negatif, karena udara akan mengalir ke dalam bejana melalui tabung. oleh karena itu dikembangkan manometer dengan menggunakan pipa U agar tekanan positif atau negatif dapat terukur.
Gambar piezometer sederhana PA = ρgh1
PB = ρgh2
Dimana : PA = tekanan pada A(N/m2)
PB = tekanan pada B(N/m2)
ρ = densitas fluida(kg/m3, g/cm3, lb/ft3)
g = gaya grafitasi(m/s2, cm/cm2)
h = ketinggian(m, cm, ft)
Manometer ini tidak banyak bedanya dengan tabung piezometer, hanya saja manometer ini berbentuk pipa U (U tube) dimana ujung yang satu melekat pada titik yang diukur tekanannya sedang ujung yang lain berhubungan langsung dengan udara luar (atmosfer). Pipa U tersebut diisi dengan cairan yang berbeda dengan cairan yang mengalir di dalam pipa yang akan diukur tekanannya. Misalnya berat jenis cairan di dalam pipa adalah γ1
dan berat jenis cairan di dalam manometer adalah γ2 dimana γ2> γ1.
Gambar Manometer Tabung “U”
Perbedaan tinggi cairan di dalam manometer adalah h2. Untuk menghitung besarnya
tekanan di dalam pipa A ditarik garis horizontal z-z. Tekanan pada bidang z-z → dari dua kali pipaU adalah sama besar, yaitu:
PA + h1γ1 = Patm + h2γ2
atau
PA = Patm + h2γ2 - h1γ1
Dimana:Patm = tekanan atmosfer
Pada Gambar (a) tampak bahwa tekanan di dalam pipa A lebih besardari pada tekanan atmosfer dimana kondisi ini tekanan di dalam adalah positif. Sebaliknya pada Gambar( b) tekanan di dalam pipa lebih kecil daripada tekanan atmosfer, dalam hal ini tekanan di dalam pipa adalah negatif.
3. MANOMETER DIFERENSIAL
Alat ukur ini digunakan untuk mengukur tekanan antara dua tempat pada satu pipa atau antara dua pipa. Manometer diferensial terdiri dari pipa U dimana kedua ujungnya terletak pada tempat yang diukur, seperti pada gambar.
Gambar Manometer Diferensial Pada Dua Pipa
Dengan mengikuti prosedur yang diuraikan untuk monometer sederhana persamaan untuk perbedaan tekanan antara pipa A dan pipa B adalah:
PA + h1γ1 = h2γ2 + h3γ3 + PB
atau
PA - PB = h2γ2 + h3γ3 - h1γ1
Manometer diferensial tersebut juga dapat dipasang diatara dua penampang pada satu aliran saluran tertutupseperti tampak padaGambar dibawah ini.
Gambar Manometer Diferensial Pada Satu Pipa 4. MANOMETER MIRING
Manometer miring seringkali digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan gas yang kecil. Manometer ini diatur agar menunjukkan nol, bila A dan B terbuka. Karena tabung yang miring memerlukan perpindahan meniskus yang lebih besar untuk perbedaan tekanan tertentu daripada tabung vertikal, maka tabung miring memungkinkan ketelitian pembacaan skala yang lebih baik.
Gambar Manometer Miring
Untuk mengukur perbedaan tekanan dapat digunakan persamaan berikut ini.
Dimana : p1-p2 = beda tekanan (N/m2)
ρ = density fluida (kg/m3, g/cm3)
g = gaya grafitasi (m/s2)
BAB III
SOAL DAN PEMBAHASAN
1. Diketahui : Pada manometer seperti gambar: S1=S3=1;S2=0,95; h1=h2=0,30m dan h3=1 m
Hitunglah perbedaan tekanan antara A dan B dalam cm air.
Gambar Manometer diferensial Pembahasan : PA - h1γ1 - h2γ2 + h3γ3 = PB 3 3 2 2 1 1S h S h S h P PA B − + = − γ 1 1 95 , 0 30 , 0 1 30 , 0 × + × − × = − m m m P PA B γ cm m P PA B 5 , 41 415 , 0 =− − = − γ 2.
Suatu manometer seperti pada gambar, diketahui: S1=S3=0,83; S2=13,6; h1=16 cm; h2=8 cm dan h3=12 cm.
a) tentukan PA apabila PB=10 psi
b) tentukan PB dalam m air apabila PA=20psi dan tekanan barometer adalah
Pembahasan: a) cmH O psi O cmH psi P h B B 14,7 2 703,4 2 1034 10 × = = = γ hA =hB −h1S1 +h2S2 +h3S3 = (703,4cmH2O)−(16cmH2O×0,83)+(8cmH2O×13,6)+(12cmH2O×0,83) = 808,88 cm air Atau PA=808cm air x psi O cmH psi 50 , 11 1034 7 , 14 2 =
b). PA-PB=11,5psi -10psi=1,5 psi
apabila PA=20 psi→ PB=(20-1,5)psi=18,5 psi
atau PB = mH O psi O mH psi 2 13,013 2 7 , 14 34 , 10 5 , 18 × =
karena Pabs - Pbar = Pterukur, maka:
PB = 13,013mH2O-720mmHg mH Oterukur mmHg O mH 2 217 , 3 760 2 34 , 10 = ×
3. Diketahui suatu manometer diferensial dipasang pada suatu pipa yang mengalirkan minyak dengan spesific grafity S=0,85.
Dari gambar dapat dilihat h1=75cm dan h2=60cm.
a) tentukan perbedaan tekanan antara A dan B
b) tentukan tinggi pizeometrik antara titik-titik A dan B.
Pembahasan: a). PB-h1γ1+h2γ2+(3+h1-3,6) γ2 = PA PA-PB =−0,75m×0,85×9802N/m3 +0,65m×0,85×9802N/m3 +(3+0,75−3,6)m×0,85×9802N/m3 PA-PB =-6248,775N/m2 + 4999,02 N/m2+1249,755 N/m2 PA-PB = 0 N/m2
b). Tinggi piezometrik antara titik-titik A dan B adalah: PA PB (ZA ZB) 0 3,6m 0,60m 2 = + = − + − γ
BAB IV
PENUTUP
Kesimpulan
1. Tekanan diartikan sebagai gaya per satuan luas, di mana arah gaya tegak lurus dengan luas permukaan.
2. Tekanan mempengaruhi sifat dan aliran fluida.
3. Manometer adalah suatu alat pengukur tekanan yang menggunakan kolom cairan untuk mengukur perbedaan tekanan antara suatu titik tertentu dengan tekanan atmosfer (tekanan terukur), atau perbedaan tekanan antara dua titik.
4. Ada 4 jenis manometer yang biasa digunakan, yaitu :
- Piezometer - Manometer Differensial
- Manometer tabung U - Manometer Miring
5. Fluida atau cairan yang biasa digunakan pada manometer ialah air raksa, air, minyak dll.
6. Pengukuran tekanan secara mekanik kebanyakan melakukan pengukuran tekanan yang lebih besar dari 1 atm. Manometer ialah salah satu alat pengukuran tekanan secara mekanik.
Saran
1. Pembaca dapat menambahkan tinjauan pustaka dari sumber lain untuk lebih memahami konsep pengukuran tekanan, khususnya menggunakan Manometer. 2. Pembaca dapat menambahkan ilustrasi atau petunjuk gambar yang didapat dari
sumber lain untuk lebih memahami konsep pengukuran tekanan dengan menggunakan Manometer.
3. Bila mengukur tekanan yang berada dibawah 1 atm atau dibawah tekanan atmosfer disarankan untuk menggunakan alat pengukur tekanan secara listrik.
DAFTAR PUSTAKA
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/instrumentasi-dan-pengukuran/manometer/
http://id.wikipedia.org/wiki/Massa_jenis
http://www.gurumuda.com/tekanan-dalam-fluida/
Sistanto, Bambang Aris,dkk.Penuntun Praktikum Mekanika Fluida. Universitas Padjadjaran: 2010
