Perubahan Tekanan Akibat Perubahan Volum

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

(2. Mengukur Perubahan Tekanan Udara Akibat Perubahan Volume )

Oleh :

Nama : Rofi Muhammad Ridho Muhyidin

NPM : 240110150077

Hari, Tanggal Praktikum : Senin, 21 Maret 2016 Asisten Dosen : 1. Adams Rizan Abdalla

2. Dita Luthfiani C. D. 3. Feby Febriyani Santana 4. Nirmaya Arti Utami 5. Riska Dwi W. T. 6. Rizkyanti Dwi H. M.

LABORATORIUM SUMBERDAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Tekanan merupakan salah satu satuan turunan dalam fisika yang dapat dinyatakan sebagai satuan gaya (F) dibagi satuan luas (A) atau P = F/A. Tekanan juga dapat dinyakan sebagai hasil kali dari massa jenis (), percepatan gravitasi (g), dan ketinggian (h) atau P =  g h. Namun dari kedua formula tadi, tekanan juga mempunyai hubungan dengan volume (V) dan suhu (T).

Di kehidupan sehari-hari pun tekanan dan volume memiliki peranan penting dalam menafsirkan maupun menyelesaikan berbagai fenomena dan permasalahan yang terjadi. Apalagi di dalam dunia keteknikan (engineering), tekanan dan volume merupakan variabel penting yang digunakan untuk menyelesaikan berbagai masalah. Sehingga kedua variabel ini mutlak harus dikuasai oleh para engineers.

Ada banyak sekali hubungan yang terjadi antara tekanan (P) dan volume (V) . Seperti seorang filsuf , fisikawan dan ahli kimia asal inggris Robert William Boyle yang mengatakan bahwa tekanan berbading terbalik dengan volume dan begitu pula sebaliknya, volume berbanding terbalik dengan tekanan namun berbanding lurus dengan peningkatang suhu.

1.2. Tujuan Praktikum

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tekanan

Dalam berbagai permasalahan keteknikan, fluida memegang peranan penting dalam peneyelesaian permasalahan. Tinjauan fluida statis dan fluida dinamis mutlak diperlukan untuk mencari berbagai solusi yang diperlukan. Salah satu hal yang diperhatikan dalam fluida statis adalah tekanan (pressure).

Tekanan adalah hasil kali gaya kompresif yang bekerja pada suatu luas. (Potter,2002) Satuan-satuan tekanan dihasilkan dibagi satuan luas atau N/m2_{, yang}

adalah pascal, Pa. Namun satuan pascal sangatlah kecil, sehingga lebih sering diekspresikan dalam kilo Pascal (kPa).

Gambar 2.1

Sedangkan tekanan dalam fluida dipancarkan dengan kekuatan sama besar ke semua arah dan bekerja tegak lurus pada suatu bidang. Dalam bidang datar yang sama kekuatan tekanan dalam suatu cairan sama. Pengukuran-pengukuran aatuan tekanan dilakukan dengan menggunakan berbagai bentuk meteran.

2.1.1. Pengukuran Tekanan

Tekanan fluida dapat dibedakan menjadi absolute pressure dan gage pressure. Absolute pressure diukur relatif terhadap perfect vacuum (absolute zero pressure), dimana gage pressure diukur relatif terhadap tekanan lokal atmosfer. Dengan demikian, gage pressure pada saat nol terhadapa tekanan sama dengan tekanan lokal atmosfer. Absolute pressure akan selalu bernilai positif, sedangkan gage pressure dapat bernilai negatif atau positif tergantung apakah tekanan di atas tekanan atmosfer (bernilai positif) atau tekanan di bawah tekanan atmosfer (bernilai negatif). Jika gage pressure benilai negatif maka itu juga menunjukan bahwa keadaan tersebut adalah tarikan atau tekanan vakum. Dengan demikian kita dapat menghitung tekanan dengan :

P > Pa Gage Pressure : P(gage) = P – Pa

Gambar 2.2

2.1.2. Tekanan Hidroststika

Tekanan hidrostatika adalah tidak terjadinya pergerakkan relatif diantara partikel-partikel fluida, sehingga tidak terjadi tegangan geser (gaya geser disebablan oleh gradient kecepatan). Ini tidak berarti bahwa partikel-partikel fluida tidak bergerak, melainkan mereka hanya tidak bergerak relatif satu sama lainnya.

Tekanan hidrostatis itu sendiri dapa didapat dari menurunkan persamaan umum tekanan dengan menurunkannya menjadi

Gambar 2.3

Dengan F adalah massa dikali percepatan gravitasi, dimana massa merupakan hasil kali massa jenis () dengan volume (V) yang adalah luas permukaan(A) dikali tinggi (h). Sehingga kita dapat menyederhanakannya menjadi persamaan tekanan hidrostatis yang umum kita ketahui sekarang ini.

2.2. Volume

melambangkannya dengan lambing . Secara definisi volume adalah hasil kali luas alas benda yang telah dikalikan koefesien volume dengan tingginya. Dalam masalah ini, volume yang digunakan adalah volume tabung yang mempunyai formula :

V =



r

2

_.t

Gambar 2.4

2.3. Manometer Tabung U

Manometer adalah instrument yang menggunakan suatu kolom cairan untuk mengukur tekanan dalam tabung,dengan ketinggian ketimbang menggunakang alat ukur tekanan. Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energy untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah jenis manometer kolom cairan. Versi manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U yang diisi cairan setengahnya (biasanya berisi air dengan minyak atau air dengan raksa) dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa. Sedangkan tekanan (yang mungkin terjadi karena tekanan atmosfer) diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian yang berbeda memperlihatkan perbedaan tekanan yang terjadi.

2.3.1. Menghitung Tekanan Mengunakan Manometer Tabung U

Prinsip perhitungan tekanan pada manometer tabung U adalah menggunakan prinsip tekanan hidrostatis, yaitu dipengaruhi oleh massa jenis (), gravitasi (g) dan ketinggian (h) relatif terhadap pusat gravitasi.

Tekanan yang ada didalam tabung dapat dihitung dengan cara :

Ppipa = Praksa - Pair

Ppipa = ( raksa x g x hraksa ) – ( air – x g x hair )

Keterangan :

hraksa = h1 – h2

hair = ha – h2

2.4 Hukum Boyle

Gas adalah salah satu wujud material yang ada di alam yang sekaligus dapat kita rasakan oleh indera kita. Kita dapat merasakan bahwa gas mempunyai tekanan (P), volume (V), suhu (T) atau bahkan massa (m). Hal ini juga dirasakan sekaligus diamati oleh seorang filsuf, fisikawan dan kimiawan asal Inggris, Robert William Boyle atau lebih dikenal dengan Boyle. Dalam penelitiannya, Boyle menyatakan bahwa antara tekanan, volume, suhu dan massa suatu gas memiliki suatu keterkaitan satu sama lain. Dia meneliti bahwa suatu gas ideal yang bermassa konstan dan dalam suhu yang tetap. Menghasilkan suatu produk yang memiliki tekanan dan volume yang konstan untuk gas ideal. Sehingga didapat persamaan :

Gambar 2.6

Maka persamaan di atas disebut dengan Hukum Boyle (Boyle’s Law) untuk menghormati jasanya. Dari formula di atas, maka dapat kita turunkan menjadi suatu persamaan lain

P

1

.V

1

= P

2

.V

2

= P

n

.V

n

Gambar 2.7

Yang berarti bahwa hasil kali tekanan dan volume suatu gas ideal sama dengan hasil kali tekanan dan volume gas ideal lainnya

BAB III

METODE PRAKTIKUM 4.1. Alat

Alat yang digunakan : 1. Manometer tabung U 2. Penggaris dalam satuan mm 3. Suntikan diameter 21 mm 4. Selang plastik

4.2. Bahan

Bahan yang digunakan :

1. Raksa untuk mengisi manometer tabung U

4.3. Prosedur Pelaksanaan

1. Sambungkan selang plastik dengan tabung manometer.

2. Isikan tabung manometer dengan raksa secukupnya hingga tinggi kedua tabung sama.

3. Catat ketinggian raksa ketika kedua tingginya sama dan tetapkan tinggi tersebut sebagai titik nol.

5. Catat titik awal suntikan setiap kali sesaat sebelum suntikan digerakkan dan tetapkan sebagai titik nol atau titik awal

6. Gerakan tangkai suntikan masuk atau keluar dari tabungnya sehingga terjadi perubahan volume udara tabung suntikan minimal sebanyak 5 posisi, catat volume udara dalam ruang suntikan.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Pengukuran Volume

Data hasil pengukuran volume raksa dalam manometer tabung U pada saat melakukan praktikum.

105 10 1670,777 113820,2247 8,9

1877,27

105 15 1670,777 115992,3664 13,1

1913,10

105 20 1670,777 118479,5322 17,1

1954,12

1.1.2. Menghitung Perubahan Tekanan Akibat Perubahan Volume

1. P2(1) = P1.V1 V2(1)

= 1,01.3 .10 5_{3,4.10 6}x5.10 6

= 148970,5882 Pa

2. P2(2) = P1.V1 V2(2)

= 1,01.3 .10 5_{8,9.10 6}x10.10 6

= 113820,2247 Pa 3. P2(3) = P1.V1

V2(3)

= 1,01.3 .10 5_{13,1.10 6}x15.10 6

= 115992,3664 Pa

4. 2(4) = P1.V1 V2(4)

= 1,01.3 .10 5_{17,1.10 6}x20.10 6

= 118479,5322 Pa 5. P2(5) = P1.V1

V2(5)

= 1,01.3 .10 5_{22.8 .10 6}x25.10 6

= 112938,5965 Pa

Karena P1 mempunyai nilai yang sama yaitu 1 atm dan luas alas tabung

konstan, maka F1 = F1(1) = F1(2) = F1(3) = F1(4) = F1(5) = F. Beda halnya dengan F2 yang memiliki tekanan yang berubah-ubah dikarenan perubahan volume. Untuk mencari F2 maka kita dapat mencaarinya dengan cara

1. F2(1) = P2(1) x A

= 148970,5882 x 0,016493361 = 2450,467 N

2. F2(2) = P2(2) x A

= 113820,2247 x 0,016493361 = 1877,278 N

3. F2(3) = P2(3) x A

= 115992,3664 x 0,016493361 = 1913,104 N

4. F2(4) = P2(4) x A

= 118479,5322 x 0,016493361 = 1954,126 N

5. F2(5) = P2(5) x A

= 112938,5965 x 0,016493361 = 1862,737 N

Selain itu, kita juga dapat menghitung tekanan yang berada dalam tabung secara teoritis dengan menggunakan persamaan hidrostatis yang telah dipelajari pada praktikum sebelumnya.

1. Pteoritis = Hg x g x h

= 13600 x 9,81 x 3,6.10-2

= 4802,976 Pa 2. Pteoritis = Hg x g x h

= 13600 x 9,81 x 3,2.10-2

= 4269,312 Pa 3. Pteoritis = Hg x g x h

= 13600 x 9,81 x 3,4.10-2

= 13600 x 9,81 x 3,2.10-2

= 4269,312 Pa 5. Pteoritis = Hg x g x h

= 13600 x 9,81 x 3,4.10-2

= 4536,144 Pa

4.2.1. Grafik Hubungan Antara Gaya dan Volume

0 5 10 15 20 25

Gaya (N)

Vo

lu

m

e

(m

3)

Grafik 4.1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Gaya (N)

Te

ka

na

n

(k

Pa

)

Grafik 4.2

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa tekanan, volume, suhu dan massa mempunyai keterkaitan satu sama lain, namun dikarenakan suhu ruangan praktikum konstan dan massa gas antara tabung yang terbuka dan yang tertutup oleh suntikan sama, maka dapat kita abaikan.

Hubungan tekanan dengan volume yang kita ketahui sebelumnya adalah berbanding terbalik. Hal ini dapat kita uji dari hasil praktikum yang menunjukan grafik P-V yang menggambarkan bahwa semakin tinggi tekanan maka volumenya semakin rendah dan juga sebaliknya, semakin besar volumenya maka tekanannya semakin rendah.

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Data Hasil Praktikum

Grafik Idealisasi Hubungan P-V

Volume (V)

Te

ka

kn

an

(P

Grafik 4.3

Dari grafik P-V di atas terlihat bahwa data hasil praktikum sedikit fluktuatif, hal ini sangat mungkin terjadi karena pada kenyataannya sampai saat ini belum ada grafik hubungan tekanan dan volume yang actual, khususnya untuk proses ekspansi dan kompresi. Sampai sekarang grafik P-V yang lazim digunakan adalah grafik idealisasi yang diperoleh dari hasil perkiraan dan proses

pengintegralan fungsi W =

∫

V1

V2

P dV .

4.4 Penggunaan Hukum Boyle

BAB V KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil praktikum mengukur tekanan udara akibat perubahan volume, maka kita dapat menarik kesimpulan bahwa :

1. Hukum Boyle menyatakan bahwa hasil kali tekanan (P) dengan volume (V) adalah konstan.

2. Tekanan (P) berbanding terbalik dengan volume (V), atau semakin tinggi tekanan maka volumenya semakin kecil begitu juga sebaliknya. 3. Secara umum, hubungan gaya (F) dengan tekanan (P) adalah

berbanding lurus, namun berbanding terbalik dengan volume (V). 4. Untuk menghitung gaya dapat dilakukan dengan formula F = P.A yang

berasal dari rumus tekanan secara umum.

5. Untuk menghitung Pteoritis dapat dilakukan dengan pendekatan formula

tekanan hidrostatis yaitu P =  g h

6. Untuk menghitung luas dapat dilakukan dengan formula A = r2 _atau

1/4d2_.

5.2. Saran

Sebelum melakukan praktikum, praktikan disarankan untuk membaca dan memahami terlebih dahulu metode dan prinsip-prinsip kerja yang akan dilakukan pada saat praktikum nanti agar praktikan dapat lebih memperdalam materi yang akan dipraktikan dan dapat bertanya hal yang belum dimengerti pada saat praktikum.Selain itu disarankan juga agar praktikan dan peralatan praktikum dalam kondisi baik, karena pada praktikum ini membutuhkan ketelitian dan kecermatan.

suntikan berkurang sehingga pengukuran tidak presisi. Dengan berhati-hati juga dapat mencegah cairan raksa keluar dari tabung. Karena jika terkena mata maupun kulit, dapat menyebabkan iritasi dan ganguan kesehatan lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

Anstey, Peter and J. J. Macintosh. 2014. Robert Boyle. Terdapat pada :

http://plato.stanford.edu/entries/boyle/. Diakses tanggal 27 Maret 2016 Benson, Tom. 2014. Boyle’s Law. Terdapat pada : http://www.grc.nasa.gov/

WWW/k-12/airplane/aboyle.html. Diakses tanggal 27 Maret 2016

Cengel A. Y and Cimbala M. J. 2006. Fluids Mechanics : Fundamental and Application. First Edition. McGraw-Hill Companies, Inc. New York Moran M. J. and Shapiro H. N. 2006. Fundamental of Engineering

Thermodynamics. Fifth Edition. John Wiley and Sons, Inc. West Sussex Potter C. M and Wiggert C. D. Alih bahasa oleh Thombi Layukallo. 2008.

Schaum’s Outline Mekanika Fluida. Erlangga. Jakarta

Pearson, Steven. 2015. Boyle’s Law Examples In Real Life. Tedapat pada :

http://hubpages.com/education/Examples-of-Boyles-Law. Diakses 27 Maret 2016

Sahaja, Irwan. 2014. Tekanan Hidrostatis. Terdapat pada : http://irwansahaja. blogspot.co.id/2014/07/modul-pembelajaran-fisika-tekanan.html. Diakses tanggal 20 Maret 2016

Senesse, Fred. 2010. What are some examples of the gas laws in action in everyday life?. Terdapat pada : http://antoine.frostburg.edu/chem/senese / 101/gases/faq/everyday-gas-laws.shtml. Diakses tanggal 27 Maret 2016 White M. Frank. 2011. Fluids Mechanis. Seventh Edition. McGraw-Hill

Companies, Inc. New York