METODE-PENGUKURAN-TEKANAN

8/11/2019 METODE-PENGUKURAN-TEKANAN

1/15

P E R T E M U A N 9

M E T O D E P E N G U K U R A N T E K A N A N

Tekanan adalah gaya tiap satuan luas yang dihasilkan oleh gas, cairan, atau

benda padat. Tekanan dapat diukur sebagai tekanan absolut, tekanan

terukur a tau tekanan di ferensial . Tekanan absolut adalah tekanan to ta l

yang dihasilkan oleh medium, se dangkan tekanan diferensial adalah beda

anta ra dua t ekanan. Tekanan t e rukur adalah suatu t ipe khusus da r i

tekanan diferensial yang dinyatakan sebagai berikut :

P g = P a P s

di mana P g = tekanan terukur P a = tekanan absolut, dan

P s = tekanan atmosfer

Suatu ruang hampa di lain pihak didefinisikan sebagai ruangan gas yang

tekanannya kurang dari tekanan atmosfer. Tekanan dalam ruang hampa ini

merupakan sejenis tekanan diferensial:

V = P s P a

Satuan dasar dari tekanan dalam c gs adalah dyne/cm 2 . Satu bar setara

dengan ! " dyne per sent imeter kuadrat dan untuk memudahkan sa tumilibar didefinisikan sebagai !!! dyne per sentime ter kuadrat . Satu torr

a t au to r se ta ra dengan /#"! a tmosfe r a tau satu mil imeter kolom a ir

raksa. $arap diperhatikan, bah%a tekanan yang dihasilkan oleh kolom air

r ak sa , #" c m t i n g g i , m e m p u n y a i k e r a p a ta n & , ' ( ' g m / c m 2 d a n s e )

hubungan dengan pe rcepa tan yang d i sebabkan o leh g ra* i t a s i (+ ! , " " '

cm/det 2 , did efi nis ika n seb agai sat u atm osf er ! &,2'! mb-.

lat)alat untuk mengukur tekanan berkisar dar i manome ter bej ana)

sederhana sampai a la t e lektro)mekanis yang sangat kompleks . 0amun,ya ng pa li ng um um di guna ka n ak an dibahas secara ringkas di ba%ah ini.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Djuhana, M.Si. PENGUKURAN TEKNIK 1


2/15

3.1. A AT-A AT MEKANIS

Man!"#$#r

1airan yang paling umum digunakan dalam setiap manometer adalah air raksa. 1iri)ciri fisik air raksa, lebih memenuhi syarat untuk digunakan dibanding

cairan)cairan lainnya. erat jenis &," kali berat jenis air raksa mempunyai titik

beku renda, yakni)&341.

Suatu manometer bejana) yang sederhana sebagaimana di tun jukkan dalam

5ambar &. merupakan alat yang paling umum digunakan untuk mengukur

tekanan diferensial. ntuk keseimbangan statis,

P 2 P 1= h

di mana P 1 , dan P % = tekanan pada dua sisi dari kolom

= berat jenis fluida

h = beda tinggi kolom.

6enggunaan lain dari alat sederhana ini adalah untuk menentukan gra*itasi

spesifik relatif7 dari dua cairan seperti minyak dan air, yang tidak bisa bercampur.1airan yang lebih kuat berat katakan air dituangkan lebih dulu diikuti oleh cairan

lainnya. 5ra*itasi spesifik minyak diperoleh dengan membagi tinggi A dengan

tinggi B seperti ditunjukkan dalam 5ambar &.2.

6enggunaan manometer bejana) diperluas bahkan dapat mengukur

permukaan cairan dalam tangki terbuka 5ambar &.&-. .

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Djuhana, M.Si. PENGUKURAN TEKNIK %


3/15

nalisis statis sederhana dari alat di atas adalah untuk mengimbang i tekanan

pada A ke tekanan pada titik B. 8isalkan hl dan hm adalah ketinggian kolom

cairan dan air raksa dan dl dan dm adalah rapat cairan dan air raksa.

Tekanan pada A = Tekanan pada B

X mdlg+hl dlg+atm.=hmdmg + a$".

X mdl+hldl = hm dm

hl = hm dl

dm X m

dl

dl

= h m dl

dm X m

= hm dl

dm

2hm

=h m

21

dl dm

atau hl = Khm

di mana K =

21

dl dm

6erhat ikan, bah%a hm = 2 9 m , karena permukaan cairan pada kaki

terbuka harus naik sebesar turunnya permukaan cairan pada kaki lain. $al ini

juga benar bah%a hm = 2h ! atau h ! = 9 m-.

! leh karena i tu hl=2h 0

21

dl dm

=h 0

12

dl

dm

alau cairan dalam tangki adalah air dan air raksa dalam bejana) mempunyai

gra*itasi spesifik &,'", maka

hl= h 0 2#, 2) -=2", 2h ! .

= kl h 0 di mana, kl = 2", 2.

nalisis yang serupa dapat dilakukan untuk mengukur tinggi permukaan air raksa

dalam tangki tertutup lihat bab mengenai aneka ragam-.

ntuk kepekaan tinggi di sekitar titik nol, suatu modifikasi telah diusulkan oleh

ery ('"-. onfigurasi ini mudah dibuat dari tabung semi)kapiler berdinding

tipis dengan bagian AB dan CD berada pada bidang datar yang sama. Sejumlah

cairan ditambahkan untuk mengisi manometer dari titik yang sama pada AB ke titik

berikutnya pada CD 5ambar &.3-. Setiap perubahan tekanan akan mengakibatkan



4/15

meniskus di setiap bagian akan bergerak ber sama d i se lu ruh bag ian

hor i;o nta l dar i manometer.

ntuk mengukur tekanan atmosfer, digunakan suatu konfigurasi manometer

seperti ditunjukkan dalam 5ambar &.'. ejana gelas bagian dari alai ini yang

dinamakan barometer dengan tandon tetap diisi dengan air raksa distilasi

bebas dari udara, kelembapan atau ketidakmurnian sebelum merembes ke

dalam dinding. lat ini cukup teliti untuk menguji altimeter dan sebagai barometer

aneroid.

onfigurasi lain yang sederhana dari manometer bejana) yang digunakan

untuk mengukur tekanan absolut 5ambar &."-. ntuk tujuan ini satu ujung dari

pipa ditutup dikosongkan sama sekali, sedangkan ujung yang terbuka

dihubungkan ke tekanan yang sedang dipelajari. Suatu manometer jenis

bejana)sumur seperti ditunjukkan dalam 5ambar &.# mempunyai kelebihan

dibandingkan setiap manometer bejana) , yakni acuan nol tetap telah ada dan

beda tekanan dapat dibaca langsung.

gar dapat memperkecil kesalahan akibat perubahan tinggi permukaan cairan dalam

bejana sumur harus cukup besar.

ntuk keseimbangan statis,

P % & P 1 ' h( 1 ) A 1 * A2 + A, = lu

di mana A 1 = l u a s b e j a n a , d a n

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Djuhana, M.Si. PENGUKURAN TEKNIK


5/15

A 2 = l u a s b e j a n a s u m u r

ntuk perbandingan A 2 / A 1 ) y a n g b e s a r , k e s a l a h a n n y a d a p a t

diabaikan< misalnya kalau A 2 s a m a d e n g a n & ! c m d a n A 1 s a m a dengan

!,!" cm, A 2 / A 1 = '!!. esalahan yang terjadi kalau perbandingan tersebut diabaikan

adalah sekitar !.2 persen.

ntuk hal yang lebih terperinci pembaca dipersilahkan mempelajari acuan. Suatu

modifikasi dari manometer bejana sumur ditunjukkan dalam 5ambar &.+. 8anometer

tabung miring ini dapat mengukur tekanan yang lebih peka. eseimbangan statis

menunjukkan

P 2 - P = L Sin + A 1 / A 2 -

di mana L = panjang skala yang sesuai dengan tinggi.

= sudut ke

Secara normal, perbandingan L ke h tidak lebih besar dari !: . 8anometer

neraca cincin bukan manometer dalam arti yang sebenarnya. arena fluidahanya berperan sebagai pembatas tekanan antara P dan P 2 5ambar &.(-.

Tekanan diferensial yang bekeda pada bagian perpotongan bejana mengakibat)

kan rotasi cincin di sekitar mata pisau, yang diimbangi balik oleh berat W. lat

ini biasanya digunakan untuk beda tekanan kecil pada tekanan tinggi.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Djuhana, M.Si. PENGUKURAN TEKNIK


6/15

8omen di sekitar titik)tumpu fulkrum- menghasilkan persamaan berikut,

P 2 P 1 = A

W

r

d . s i n

di mana, = luas bejana.

Tan a/an Dina"i0 0ua$u Man!"#$#r

alaupun manometer terutama digunakan untuk pengukuran statis, tanggapan

dinamis juga penting diperhatikan terutama dalam memecahkan masalah yang

berhubungan dengan osilasi kolom cairan dalam bejana.

Dina"i a P#n u uran T# anan

>alam pembahasan kita tentang transduser tekanan, secara fisik seringkali tidak

mungkin untuk memasang transduser pada garis langsung, melainkan tekanan garistersebut harus dihubungkan dengan transduser mela lu i be ja na pe ng hu bu ng

se pe r ti dit unj ukk an dal am 5am bar &. !. >apat pula dilakukan dengan *olume

atau kapasitas fluida antara ujung garis dengan bagian peka tekanan dari transduser,

yakni diafragma lentur.

k ibat nya, bukan tidak mungk in bagi dinami ka *o lume beja na mem ba tas i

luas band dari keseluruhan sistem, ketimbang dinamika transduser itu sendiri.

n al isis be rik ut , %a laupu n ti dak be gi tu menda la m mem be ri kan beberapa

pengertian mengenai dinamika *olume bejana 5ambar &. !-.

A0u"0i.



7/15

. liran laminer dalam bejana sehingga

Q= L

P P dt m

128

)( 14

2. l iran ta k ter kom pr esi da lam be jan a be rlak u, ap abi la ke cepatan cairan

kurang dari sekitar 8ach !,&.

&. ?olume V t menunjukkan kapasi tans i f lu ida sehingga,

Q=t

mt

d

dP V

di mana,

= modulus kenyal fluida =dv

Vdpdp

dpdp =

3. 6engaruh inersia dari fluida dalam pip a tidak diabaikan dan lebih

dian ggap seba gai nil ai @kel ompo k@ dan buka n nil ai @distribusi@.

'. >efleksi diafragma karena tekanan P m tidak banyak mengubah *o lume

transduser. $al ini mungkin tidak berlaku untuk semua transduser,

misalnya jenis penghembusan yang bergerak. Gaya in !"ia.

P )P m - t = p tA-

AQ

=UKecepatan

5aya Bnersia 8assa

6ercepatan

Adt

d 1Q =Percepatan

Gaya #i"k$"i%a"

&

Tulis kembali Q = ( ) ( )mm P P R P P

Ldt = 11

4 1128

,

' = 5eseran fluida=Q P

arena itu P )P m - A t = R ($+.A $

kental

Cuga P )P m - = R



8/15

liran kental

dan P )P m - A t= )( t RQ Adt

dQ

A

pLAt

t

t +

Sehingga P $(s)= t A pL

sQ(s) + RQ(s)+P m(s)

Ali!an yan( % !k$m ! "i k dalam #$l*m %!an"d*" !

Q(t)=dtPV mt d

D s- = m

t sP V

(s)

Eleh ka rena i tu P 1 ( s )=

++ 1

2

s RV sV

A pL t t

t

P m ( s )

dan 22

2

21 2

)/(

)(

)(

nn

n

t

t t

t t m

w sw s

w

pLV A s

pL RA s

pLV A

s P

s p

++

=

++

=

dengan memperhitungkan gelombang suara-

>ari sini kita dapatkan tt t

t n

pLV dt

pLV A

w

4

22 ==

pL

RAw t n = 2

>engan mengganti nilai '= 4128

dt L

maka didapatkan

p LV

dt t

3

32=

Cadi, tekanan pada bejana penghubung yang ditambahkan dengan *olume

transduser, akan menaikkan fungsi pangkat dua antara tekanan masuk 6,

te kana n yang diuk ur- dan tek anan yang diukur oleh transduser, P m tekanan

terukur-.

5erakan cai ran manometer dalam bejana disebabkan oleh aksi dariberbagai gaya. >engan menganggap fluida manometer secara keseluruhan

s eb agai b end a beba s, ga ya )g ay a ya ng k am i s e bu t ka n d i b a %a h i ni

terutama aktif dalam mempengaruhi gerakan fluida di dalam manometer.

. 5aya gra*itasi berat- yang didistribusi m erata ke selur uh fluida.

2. 5aya geser akibat gerakan fluida dalam bejana dan yang dikaitkan



9/15

dengan tegangan)geser dinding.

&. 5aya p ada k edua uj ung b enda be bas ya ng t imbul sebagai akibat tekanan

P 1 dan P %.

3. Tekanan normal tersebar dari bejana ke fluida

'. Tegangan permukaan berpengaruh terhadap kedua ujung badan fluida.

Fang sangat menarik adalah bah%a sistem yang ditunjukkan dalam. 5ambar &. !

secara dinamis setara dengan 5ambar &. !a. 5aya @pegas gra*itasi@ dijelaskan

sebagai berikut. pabila GH!, terjadi gaya gra*itasi yang tak seimbang yang

bekerja pada kolom cairan, yang cenderung dipertahankannya tinggi permukaan

.= !. esar gaya ini sama dengan 2I ' 2 , di mana adalah berat jenis

fluida. >engan demikian, gaya ini sebanding dengan perpindahan G dan selalu

mela%annya, yang merupakan sifat khas gaya)pegas. 5aya geser ini sama

dengan tegangan geser permukaan dikalikan luas permukaan kolom fluida. Cadi

dengan mengasumsikan aliran laminer dalam bejana, penurunan tekanan, P, akibat

geseran pipa dihasilkan oleh

o

avav

g

pV

d

L f

gd

LV f P

22

22

==

di mana o g = faktor kon*ersi satuan massa

P = berat jenis fluida =faktor geseran

= berat fluida tertentu

? a* = kecepatan rata)rata

g = percepatan gra*itasi

d = garis tengah pipa

L = panjang pipa

Tegangan geser dinding sama dengan

g V f

l d P To av

84

2

==

=o

av

g pV

f 8

2



10/15

Jaktor geseran untuk aliran laminer- diberikan oleh

oavav g pdV V d g

f

/

6464 ==

>an To = RV av 4

di mana, R = 2d

6ersamaan yang sama dapat pula diperoleh langsung dari distribusi kecepatan laminer

=

2

1 Rr

V V

)2(2 r R

V

dr

dv c=

dr

dv r=R =

RV c2

Jadi tegangan geser dapat dit !is"an #!e$

dr dv

T =

RV av 4=

"arena V c = 2V a%

Sekarang sistem memenuhi hukum 0e%ton, di mana ? a* sesuai dengan .

>engan menganggap seluruh bagian fluida sebagai benda bebas dan mengambil

massa efektif dari cairan bergerak sama dengan empat per tiga massa sebenarnya,

persamaan berikut untuk gerakan dalam arah)9 dapat dituliskan berdasarkan

pada energi kinetis dari aliran laminer mantap.

R X

RL x R P P R 422)( 221

2

..2

34

X g

L R =



11/15

P X X R

L L g

X

214

/32 .

2

..

=++

di mana P = P 1 - P 2

atau P x D R

L

L g

D

2

11

4

/3

22

2

=

++

Jungsi pindah transfer- operasional dengan demikian ditunjukkan sebagai,

2

2 4/3

22/1

)(

R L

L g D

D P X

+=

yang merupakan bagian dari bentuk,

122

)(

2

2

++=

nn w D

w D

K D

P X

di mana 21= K

L g

w n 23=

24&.2 R gL=

eadaan ini jelas menunjukkan bah%a manometer merupakan alat urutan

order kedua. 0ilai)nilai numerik dari parameter biasanya sedemikian rupasehingga K ,!< sehingga inst rumen kurang teredam.

Ta7un B!ur8!n

Tabung ourdon merupakan alat pengukur tekanan yang paling urnum.

Tabung mungkin dibengkokkan untuk rnembentuk berbagai jenis pengukur, tetapi



12/15

prinsip dasarnya tetap sama. Tabung cenderung untuk menjadi rata karena sifat

elastisnya- kalau tekanan di dalam diberikan 5ambar &. 2-. $al ini mengakibatkan

gerakan sambungan yang sebanding. Suatu keuntungan dari elemen spiral dan elemen

sekrup h li ) dibandingkan jenis 1 adalah bah%a ya! mampu untuk memberikan

gerakan jarum penunjuk yang cukup tanpa menggunakan rangkaian gigi)gigi.6engukur ourdon secara komersial tersedia dengan berbagai batas harga.

>alarn memiliki salah satu dari batas harga, harus '! persen lebih besar dari tekanan

yang diharapkan. 6enyebab yang paling umum dari kesalahan dalam pengukur

ourdon adalah fluktuasi yang tidak meredam cepat yang mengauskan bagian)bagian

sambungan. gar dapat mengukur tekanan absolut %adah atau tabungnya

seluruhnya dibuat hampa atau disegel.

dengan demikian menghasilkan defleksi linear yang lebih besar pada tegangan

lebih rendah. >efleksi ini dapat diukur dengan setiap transduser pengukur atau

dengan pengukur regangan. alau dua lembaran bergelombang dihubungkan

pada ujung)ujung luarnya dan dihampakan, pengukur kapsul ini mempunyai

hubungan mekanis ke skala le%at sambungan- ini dinamakan barometer aneroid.

kurannya yang kecil, tanggapan frekuensi tinggi, resistansi temperatur tinggi,

lineari tas Can r es ol us i yang bai k mer upa k an k eu nt un ga n d al am

menggunakan transduser tekanan kapasit if, dan kekurangannya adalahperubahan temperatur, kepekaan pada getaran dan perlunya peralatan

elektronik yang relatif rumit.

Tran08u0#r T# anan 8#n an in8u $an0i-Ma n#$i a$au R#:u $an0i

Transduser tekanan A?>T dengan menggunakan bejana ourdon seperti

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Djuhana, M.Si. PENGUKURAN TEKNIK 1%


13/15

ditunjukkan dalam 5ambar &. " merupakan jenis yang umum dari transduser

tekanan induktansi. 0amun, elemen transduser utama adalah diafragma,

penghembus, tabung ourbon dan manometer bejana) yang keluarannya dapat

ditransformasikan ke dalam suatu sinyal listrik dengan menggunakan A?>T

Salah satu keuntungan A?>T adalah bah%a alat ini menempatkan beban

tanpa geseran pada alat)ukur. Tanggapannya linear untuk geseran angker yang

kecil.

Transduser jenis)reluktansi magnetis ditunjukkan dalam

5ambar &. # a sampai c-. 5erakan dari diafragma datar mengubah reluktansi

rangkaian magnetis 5ambar &. # a),

dengan demikian juga induktansi A , yang menghasilkan beda potensial / $

onf iguras i ini menghasilkan tanggapan frekuensi tinggi tetapi dengan kepekaan yang

rendah. Susunan yang ditunjukkan dalam 5ambar &. # c- memberikan tegangan

yang cukup tinggi, dan menghilangkan penggunaan penguatan. ngker merupakan

batang logam bebas dihubungkan ke ujung bebas dari tabung ourdon yang

bergerak. Tanggapan frekuensi dibatasi oleh frekuensi pemba%a dan oleh karakteris)

tik mekanis dari angker. lebih tinggi dari harga ini harus diukur dengan alat yang khusus

dirancang , untuk maksud tersebut. Sebagian besar pengukur 0ampa yang

digunakan dapat digolongkan baik menurut manor meter absolut, pengukur.panasatau pengukur ionisasi beberapa jenis alat lainnya dibahas dalam bagian serba)serbi.

Man!"#$#r A70!:u$

6engukur 8cAeod merupakan contoh terbaik dari manometer absolut yang

didasarkan pada $ukum oyle, ?olume gas yang relatif besar dimampatkan

menjadi *olume lebih kecil kadang)kadang sampai faktor !!.!!!- sehingga



14/15

tekanan absolut dari gas yang dimampatkan dapat diukur dengan metode

manometer sederhana 5ambar-. alibrasi dari alat ini didasarkan pada hukum oyle.

>engan mengamati tekanan dan *olume akhir dan mengetahui *olume a%al, tekanan

a%al dapat dihitung.

>alam pengukur ini, apabila pemampatan *olume tidak tetap, tekanan diberikan

oleh dengan kata lain pengukur 8cAeod mengikuti hukum kuadrat-:

V

Ah

V

h Ah P

2.

di mana A = luas penampang dari bejana kapiler,

h = tinggi kolom udara dalam tabung kapiler

V = *olume bola bulb-.

Tetapi untuk batas)batas pengukuran lebih tinggi di mana pemampatan *olume

dapat dijaga konstan, tekanan dihitung dengan rumus :

21

2 hV V

P =

5as tidak boleh menyimpang dari hukum oyle agar asumsi di atas benar di

ba%ah kondisi)kondisi pengukuran. 0amun, sumber kesalahan utama

disebabkan oleh *ariasi tegangan permukaan dari air raksa dalam kapiler.

6engaruh ini membatasi ukuran kapiler sampai sekitar satu milimeter diameter,

karena perolehan dalam perbandingan kompresi diimbangi oleh kesalahan

tegangan permukaan.



15/15

P#n u ur Pana0

6engukur hampa hantaran panas menghasilkan keluaran listrik yang terus)

menerus. 6rinsip kerja dari alat ukur ini adalah bah%a hantaran panas antara

elemen resistansi yang dipanaskan dan atmosfer sekelilingnya gas- sebanding

dengan tekanan gas. arena penghantaran panas ber*ariasi untuk berbagai

macam gas, pengukur ini harus dikalibrasikan untuk setiap gas atau uap yang

mungkin ada dalam hampa. 6engukur ini terdiri dari pirani, termokopel dan

pengukur termistor.


METODE-PENGUKURAN-TEKANAN

Documents

Transcript of METODE-PENGUKURAN-TEKANAN