Berbicara mengenai tekanan udara, tentu sangat luas aplikasinya, mulai dari di bidang meteorologi yang berkaitan dengan iklim dan cuaca, maupun yang terkait dengan bidang industri baik itu tekanan udara dalam suatu ruangan yang digunakan untuk memproduksi produk steril, tekanan udara suatu mesin, contohnya : mesin boiler, dll.
Dengan adanya berbagai macam aplikasi tersebut tentunya alat ukurnya juga bermacam-macam, misalnya :
- Barometer untuk mengukur tekanan udara luar
- Differential pressure untuk mengukur perbedaan tekanan ruangan
- Pressure gauge untuk mengukur tekanan boiler
- Manometer untuk mengukur tekanan udara tertutup
- dll
Nah di dalam artikel kali ini kita akan belajar mengenai pengertian manometer yang digunakan dalam pengukuran tekanan udara tersebut berikut dengan jenisnya.
Yuk langsung kita mulai…
Daftar Isi
Pengertian Tekanan udara
Supaya pemahamannya lengkap, sebelum masuk ke pembahasan pengertian manometer dan jenisnya, mari kita awali terlebih dahulu dengan teori-teori terkait dengan tekanan udara ini.
Tekanan udara sering disebut dengan tekanan atmosfer.
Ilmu yang mempelajari atmosfer disebut meteorologi.
Info :
Oiya sekedar mengingatkan, sebelumnya kami juga sudah mengulas mengenai alat ukur yang sering digunakan dalam bidang meteorologi. Jika teman-teman berkenan silakan membacanya disini : Alat-Alat Meteorologi dan Klimatologi
Kembali lagi ke pembahasan…
Udara memiliki berat namun berat udara sangatlah ringan dibandingkan dengan zat-zat lainnya.
Tekanan udara disebabkan oleh berat udara yang menekan lapisan atmosfer di bagian bawah sampai pada ketinggian tertentu.
Makin ke bawah tekanan udara semakin besar, sebaliknya semakin ke atas tekanan udara semakin rendah, artinya tekanan udara paling besar dialami oleh tempat-tempat yang ketinggiannya hampir sejajar dengan permukaan laut.
Tekanan udara di permukaan laut berkisar 76 cmHg atau 76 cm air raksa
Dan tekanan udara di ketinggian setengah dari puncak Everest adalah 50 cmHg dan di puncak Everest berkisar 30 cmHg dan pada ketinggian pesawat terbang adalah berkisar 15 cmHg.
Tekanan udara pada permukaan raksa dalam bejana disebut tekanan udara luar.
Tekanan udara luar ini sama dengan tekanan yang ditimbulkan oleh raksa dalam tabung.
Jadi tekanan udara luar adalah :
P udara = 0 + 76 cmHg = 76 cmHg = 1 atmosfer (atm)
1 atm = Rho x g x h
- Rho = Massa jenis atau raksa
- g = Percepatan gravitasi
- h = Ketinggian benda
1 ATM = 13.600 kg/M³ x 9,8 N/kg x 0,76 m
Maka hasilnya sama dengan 101.300 N/m². Jika kita sederhanakan dalam bentuk pemangkatan menjadi 1,013 x 10^5 Pa.
Dalam meteorologi satuan tekanan yang sering digunakan adalah Bar.
Dimana :
1 Bar = 100.000 Pa
Satuan lainnya adalah mbar atau milibar
1 milibar = 1/1000 bar = 1/1000 x 100.000 Pa
1 milibar = 100 Pa
Maka hubungan satuan Atmosfer dengan Bar dapat kita turunkan sebagai berikut :
1 atm = 101.300 Pa
1 atm = 101.300 x (1/100.000) bar
1 ATM = 1,013 bar = 1013 milibar
Hubungan Gejala Alam dengan Tekanan Udara
Contoh :
Angin atau pergerakan udara timbul karena adanya perbedaan tekanan udara. Angin selalu bertiup dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan udara rendah.
Seperti kita ketahui, tekanan udara merupakan salah satu unsur utama cuaca. 4 unsur utama lainnya adalah suhu udara, kelembaban udara, angin, dan curah hujan.
Baca Juga : Beberapa Alat Ukur Suhu Yang Sering Digunakan Dalam Industri
Tekanan udara pada suatu tempat berubah-ubah.
Lembaga meteorologi mencatat tekanan dan udara yang berubah-ubah ini pada gulungan kertas yaitu barograf atau alat pencatat tekanan udara.
Jika tekanan udara lebih rendah dari biasanya maka kemungkinan besar akan turun hujan karena angin akan menuju ke tempat tersebut. Sebaliknya tekanan udara lebih tinggi dari biasanya maka kemungkinan cuaca cerah karena angin bertiup dari tempat tersebut.
Jika suatu daerah tekanan udaranya sangat rendah, maka sekitarnya akan mengitari pusat tekanan rendah yang menghasilkan angin siklon.
Siklon tropis terjadi pada daerah-daerah air hangat di lautan dekat ekuator dan dikenal dengan berbagai macam nama.
Di atas lautan atlantik dikenal sebagai hurricane, tetapi di atas lautan pasifik disebut angin topan.
Pengaruh Tekanan Udara Pada Manusia
Contoh 1 :
Mengapa jika kita pergi ke tempat yang sangat tinggi, kita dapat mengalami pendarahan dari hidung atau mimisan?
Seperti yang telah kita ketahui bahwa tekanan udara di tempat yang tinggi sangat rendah.
Di tempat yang lebih tinggi tekanan dalam tubuh terasa lebih besar daripada tekanan udara di luar tubuh sehingga menyebabkan kelebihan tekanan darah cukup besar terhadap tekanan udara. Sehingga darah dapat keluar dari pembuluh darah di hidung.
Contoh 2 :
Pengaruh tekanan juga terjadi ketika pesawat terbang meninggalkan landasan untuk segera mencapai ketinggian yang aman dalam penerbangan atau sekitar 35.000 kaki atau 10.000 m.
Tekanan udara luar menjadi lebih kecil dibandingkan tekanan udara yang tertangkap di dalam telinga.
Ini menyebabkan gendang telinga berdengung seperti akan meledak. Untuk mengatasi hal ini kita dianjurkan untuk sering menelan.
Menelan akan membuka suatu pipa yang menghubungkan telinga ke kerongkongan sehingga tekanan udara dalam telinga segera dapat disamakan dengan tekanan udara di luar.
Beberapa Contoh yang Memanfaatkan Tekanan Udara
Beberapa contoh keseharian yang memanfaatkan tekanan udara seperti :
- Menghisap minuman dengan sedotan
Mungkin kita tidak menyadari ketika kita minum dengan memakai sedotan maka akan terjadi prinsip fisika yaitu perbedaan tekanan udara menyebabkan udara mengalir dari daerah yang bertekanan tinggi ke daerah yang bertekanan rendah.
Ketika kita menyedot minuman paru-paru kita mengembang sehingga kita memindahkan sebagian udara dari dalam sedotan, menyebabkan tekanan udara di dalam sedotan berkurang.
Tekanan udara luar diatas permukaan gelas minuman sekarang lebih besar daripada tekanan udara di dalam sedotan.
Perbedaan tekanan udara ini memaksa air pada permukaan gelas naik melalui sedotan sehingga dapat kita minum.
- Penghisap karet
Ketika sebuah penghisap yang basah ditekan pada suatu permukaan yang licin udara di dalam penghisap tertekan keluar.
Segel basah atau berminyak menjaga tekanan dalam penghisap selalu lebih rendah daripada tekanan udara luar sehingga beda tekanan yang cukup besar ini mampu menekan penghisap dengan kuat menempel pada permukaan.
Penghisap seperti ini digunakan untuk menggantung peralatan rumah tangga seperti handuk, baju, tempat sabun, dan lain-lainnya.
Sedangkan di dalam industri penghisap ini digunakan untuk mengangkat lembaran-lembaran kaca besar dan Logam.
Hubungan Ketinggian Tempat dengan Tekanan Udara
Bagaimana hubungan antara tekanan udara suatu tempat dengan ketinggian tempat tersebut?
Hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap kenaikan 10 meter, tekanan udara berkurang kira-kira 1 mm Hg
Pernyataan ini dapat digunakan untuk memperkirakan ketinggian suatu tempat dari permukaan laut, asalkan tekanan udara luar di tempat tersebut diketahui.
Ketinggian tempat sama dengan perbandingan antara perubahan tekanan (ΔP) terhadap 1 mmHg dikali 10 m.
Dengan Perubahan tekanan (ΔP) = selisih antara tekanan atmosfer di permukaan laut dengan tekanan atmosfer di suatu tempat.
Misalnya tekanan udara di cimahi dari bacaan barometer adalah 69 cmHg.
Maka tinggi Kota Cimahi dari permukaan laut adalah ((760 – 690) mmHg / 1 mmHg) x 10 m = 700 meter.
Hukum Boyle
Ketika teman-teman meniupkan balon, ini berarti udara dalam balon bertambah. Makin banyak udara yang ditiupkan berarti volume udara dalam balon semakin besar.
Begitu juga dengan tekanan udaranya.
Hubungan antara tekanan dengan volume dalam ruang tertutup diungkapkan pertama kali oleh seorang ilmuwan Inggris yang bernama Robert Boyle.
Hukum Boyle berbunyi sebagai berikut :
Bila suhu gas tidak berubah maka hasil tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup selalu tetap yang dinyatakan dengan rumusnya
P . V = K
Dimana :
P = tekanan dengan satuan N/m² atau Pa
V = Volume dengan satuan m³
K = konstanta
Bentuk hukum Boyle yang lain yaitu :
P1 x V1 = P2 x V2
P1 = Tekanan mula-mula
V1 = Volume mula-mula
P2 = Tekanan akhir
V2 = Volume akhir
Hukum Boyle berlaku jika :
- Suhu gas tetap tetapi terjadi perubahan volume dan tekanan.
- Massa gas tetap tidak terjadi kebocoran tabung atau ruang tertutup.
- Gas tidak dalam keadaan jenuh
- Tidak terjadi reaksi kimia di dalam tabung gas
Manometer Adalah Alat Ukur Tekanan Udara di Dalam Ruang Tertutup
Alat untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup adalah manometer.
Manometer ada 3 macam yaitu :
-
Manometer Raksa Terbuka
Manometer raksa terbuka adalah sebuah tabung U yang kedua ujungnya terbuka.
Kedua kaki terbuka berhubungan dengan udara luar sehingga tekanan permukaan raksa pada kaki terbuka selalu sama dengan tekanan atmosfer.
Sebelum kaki tertutup dihubungkan dengan ruang gas, permukaan raksa dalam kedua kaki sama tinggi.
Salah kaki lainnya dihubungkan ke tabung atau ruang gas yang akan diukur tekanan gasnya melalui sebuah selang karet.
Ketika kaki tertutup dihubungkan dengan ruang gas yang tekanannya lebih besar daripada tekanan atmosfer, permukaan raksa dalam kaki tertutup ditekan turun sehingga permukaan raksa dalam kaki terbuka naik.
Artinya permukaan raksa dalam kaki tertutup lebih rendah “h mmHg” daripada permukaan raksa dalam kaki terbuka.
Besar tekanan gas dihitung dengan rumus :
Tekanan gas = tekanan atmosfer + h mmHg
Misalnya :
Permukaan raksa dalam kaki tertutup lebih rendah 30 mmHg daripada raksa dalam kaki terbuka dan tekanan atmosfer hasil pembacaan barometer adalah 76 cmHg.
Maka
Tekanan gas = 76 cmHg + 30 mmHg
Tekanan gas = 760 mmHg + 30 mmHg = 790 mmHg
Jadi tekanan gas sama dengan 790 mmHg.
Sebaliknya…
Jika kaki tertutup dihubungkan dengan ruang gas yang tekanannya lebih kecil daripada tekanan atmosfer permukaan raksa dalam kaki tertutup naik.
Dengan demikian permukaan raksa dalam kaki tertutup akan lebih tinggi “h mmHg” daripada permukaan raksa dalam kaki terbuka.
Besar tekanan gas dihitung dengan rumus :
Tekanan gas = tekanan atmosfer – h mmHg
“Dengan kata lain penggunaan manometer raksa terbuka harus didampingi dengan barometer atau pengukur tekanan atmosfer”
-
Manometer Raksa Tertutup
Manometer raksa tertutup adalah sebuah tabung U yang salah satu ujungnya tertutup dan ujung yang terbuka dihubungkan ke suplai gas melalui selang karet.
Pipa U diisi dengan raksa dan ruang di atas permukaan raksa dalam pipa tertutup adalah vakum.
Jika gas tidak memiliki tekanan atau tekanannya sama dengan nol, maka permukaan raksa dalam kedua kaki adalah sama tinggi.
Dan jika gas memiliki tekanan maka permukaan raksa dalam ujung tertutup akan naik dan lebih tinggi “h mmHg” daripada permukaan raksa yang kakinya berhubungan dengan suplai gas.
Sehingga tekanan gas sama dengan “h mmHg” dan tidak perlu didampingi oleh barometer.
Manometer ini digunakan pada pengukuran gas yang mempunyai tekanan cukup besar
-
Manometer Bourdon
Untuk mengukur gas atau uap bertekanan tinggi digunakan manometer bourdon yang terbuat dari logam.
Alat ini terdiri dari sebuah pipa tembaga yang hampir berbentuk lingkaran yang salah satu ujungnya tertutup dan penampangnya berbentuk bulat.
Manometer ini dihubungkan ke tangki gas yang akan diukur tekanannya, gas masuk melalui lubang A (pada ilustrasi gambar diatas) dan menekan pipa logam lengkung B. Oleh karena tekanan tersebut maka B berusaha meluruskan diri.
Semakin besar tekanan gas semakin besar pula kekuatan yang akan meluruskan B. Gerakan B diteruskan ke tuas mekanik bergerigi yang akan memutar lingkar logam bergerigi searah jarum jam.
Sebagai hasilnya jarum penunjuk Skala yang melekat pada lingkar logam bergerigi tersebut menyimpang searah jarum jam dan menunjuk suatu angka yang menyatakan besar tekanan gas didalam tangki.
Kesimpulan
Nah.. Kita sudah belajar mengenai pengertian tekanan berikut dengan contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari serta secara khusus membahas mengenai pengertian manometer dan jenisnya.
Pemahalam konsep tekanan ini penting bagi teman-teman yang ingin bekerja di berbagai macam industri, misalnya industri HVAC (heating, ventilation, dan air-conditioning) untuk pengaturan tekanan dalam suatu ruangan, bekerja di area mesin boiler yang bersinggungan erat dengan adanya tekanan gas, maupun laboratorium kalibrasi dimana tekanan udara merupakan salah satu faktor lingkungan yang mempengeruhi ketelitian pengukuran khususnya pada kalibrasi volumetrik.
Semoga Bermanfaat.
Referensi :
