vakum aceng
Click here to load reader
Transcript of vakum aceng
TEKNIK VAKUM
Aceng sambas, Hesti Fatimah, Maolana Sahyanto, Nina Yunia H, Rani Puspita F, Siti Murtopinga Yuni
1209703001, 1209703016, 1209703022, 1209703027, 1209703032, 1209703037, 1209703046
Prodi Fisika Saintek UIN Sunangung Djati Bandunng
E-mail: [email protected]
Asisten :Teh Nuha
Tanggal Praktikum : 11 desember 2010
Abstrak
Pada praktikum hari sabtu tanggal 11 Desember 2010 di institute teknologi Bandung dipelajari
bagaimana perubahan laju pemompaan terhadap tekanan ,proses evaporasi serta laju kebocoran.
Selanjutnya membuktikan bahwa keadaan vakum itu hanya berlaku untuk persamaan gas ideal dan
persamaan van der walls.
Kata kunci: vakum,evavorasi,laju kebocoran.
I.PENDAHULUAN
TEORI DASAR
Vakum adalah keadaan gas yang memiliki
konsentrasi molekul yang lebih rendah dari
konsentrasi molekul udara diatmosfer di sekitar
permukaan bumi. Secara teori, ruang vakum
juga diartikan sebagai ruangan yang
didalamnya tidak terdapat materi apapun.
Suatu proses atau pengukuran fisika biasanya
dilakukan dalam keadaan vakum karena alasan-
alasan berikut ini:
1. Untuk memindahkan partikel partikel
atmosfer sehingga dapat
menyebabkan reaksi fisika atau kimia
selama proses berlangsung. (contoh:
pada proses vaccum melting pada
logam-logam reaktif seperti titanium).
2. Untuk mengganggu keadaan setimbang
yang ada pada keadaan rung normal,
seperti pemindahan gas terlarut atau
cairan yang mudah menguap dari
sejumlah materi, (contoh: degassing
minyak) penyerapan gas dari suatu
permukaan (contoh: proses
pembersihan tabung microwave dan
selama perakitan akselerator partikel).
3. Untuk meregangkan jarak tempuh
partikel sebelum saling bertumbukan
agar partikel-partikel dari sumber ke
target bergerak tanpa tumbukan.
(contoh pada akselerator partikel,
tabung televisi, lampu neon).
4. Mengrangijumlah tumbukan
molekuler perdetik sehingga
memperkecil kontaminasi permukaan
ruang yang akan di vakumkan
(contoh: pembuatan thin film/ lapisan
tipis).
5. Untuk memindahkan partikel -
partikel atmosfer sehingga dapat
menyebabkan reaksi fisika atau kimia
selama proses berlangsung. (contoh:
pada proses vaccum melting pada
logam-logam reaktif seperti titanium).
6. Untuk mengganggu keadaan
setimbang yang ada pada keadaan
rung normal, seperti pemindahan gas
terlarut atau cairan yang mudah
menguap dari sejumlah materi,
(contoh: degassing minyak)
penyerapan gas dari suatu
permukaan (contoh: proses
pembersihan tabung microwave dan
selama perakitan akselerator
partikel).
Teknik Dasar
Secara umum sistem terdiri dari pompa, selang
dan tabung (vessel) dan memiliki laju
pemvakuman S dalam satuan cm3/second. Laju
S bergantung pada tekanan, yang memilki
batas terendah (Ultimate pressure/Residual
pressure) yang berbeda untuk masing-masing
sistem. Hubungannya sebagai berikut :
−dPdt
= SC
( P−Pr ) (1)
Dengan P adalah tekanan sesaat , V volume
total yang akan dihisap, Pr tekanan akhir. Bila S
dianggap konstan maka akan diperoleh
hubungan :
P=( Po−Pr ) expV (–t SV )+P r (2)
t=VS
lnPo−Pr
P−P r
(3)
Dengan Po = tekanan awal pemompaan pada
saat t = 0. Laju system ditentukan oleh pompa
vakum (Sp) yang digunakan dan selang yang
menghubungkan pompa vakum dengan
tabung (vessel). Selanjutnya didefinisikan
“Troughput” (Q) sistem yaitu volume gas yang
masuk atau keluar / satuan waktu dikalikan
tekanan.
Q=SP (4)
Dan konduktansi (F) selang penghubung vessel
dengan pompa didefinisikan sebagai
Q = F (P1-P2) (5)
Dimana P1 dan P2 adalah tekanan pada ujung
selang.
Volume vessel dihubungkan ke pompa yang
memiliki laju SP dan konduktansi selang F. dan
tekanan pada pompa PP didapat :
Q = SP
QP = SP PP
Dimana
QP = Q = F (P-PP) (6)
1S= 1
SP
+ 1F (7)
Memberikan hubungan dasar antara laju
pemvakuman SP dari pompa yang digunakan
dan laju sistem.
Pada sistem vakum yang sangat tingggi dan
ultra tinggi. Konduktansi sangat
mempengaruhi ketelitian tingkat kevakuman.
Konduktansi F bergantung pada jenis gas yang
mengalir melalui selang dan faktor geometri
sistem.
Eksperimen Pengukuran Laju Pemompaan
Gambar 1 mendemontrasikan beberapa sifat
sistem vakum yang telah dibahas sebelumnya.
Sistem vakum terbuat dari kaca dengan pompa
difusi minyak dua tahap dan tanpa perangkat
dingin. Grafik berupa kurva tekanan terhadap
waktu dengan t=0 dipilih sesaat setelah
pemanas pompa difusi dihidupkan ; tegangan
pemanas distel pada 55 V. dari grafik dipilih
tekanan seimbang pada 4 x 10-5 mmHg dan
konstanta laju pemompaan S/C ≈ 0.12 sec-1.
Karena bentuk tabung yang rumit maka susah
untuk menentukan volume secara pasti karena
itu diasumsikan dalam orde 10 liter (104 cm3).
0 5 10 15 20 25700
750
800
850
900
950
1000
Series2
Gambar 1 Data eksperimen laju
pemvakuman (T terhadap P)
Namun demikian dari data pabriknya pada
gambar, tekanan harus dalam orde 10-6 mmHg
dan laju pemompaan dalam laju lebih besar.
Perbedaan-perbedaan tersebut tidak biasa ;
nilai S yang rendah sebagian mengacu pada
penurunan tegangan pemanas dan sebagian
karena degassing dari minyak pompa (ketika
pemanas baru dihidupkan) dan kebocoran dri
gas-gas yang terperangkap pada pelumas
vakum di stopcock. Gas yang dilepaskan pada
tekanan rendah dan pada tahap awal
pemompaan dapat diaproksimasikan oleh
konstanta kebocoran QL (micron-cm3/sec)
sehingga peramaan diferensial (1) menjadi ;
dPdt
=−SV
( P−PS )+QL
V (8)
Solusinya :
[P−(PS+QL
S )]=[Po(PS+QL
S )]exp[−( SV ) t ]
(9)
II. METODA
I. Metode Percobaan
Percobaan pertama yang dilakukan dalam
praktikum ini adalah menentukan laju
pemompaan dari berbagai bahan yang diberikan.
Sistem vakum yang digunakan pertama-tama
dibersihkan terlebih dahulu lalu bagian bawah
sistem vakum diolesi dengan vacuum grease
setipis mungkin. Bahan yang pertama digunakan
adalah cawan petri kosong. Setelah sistem
vakum dinyalakan, tekanan dan temperatur yang
teramati serta gejala fisis yang terjadi, dicatat
setiap 5 detik hingga tercapai tekanan residu.
Kemudian, sistem vakum dimatikan dan terus \
dicatat tekanan dan temperatur yang teramati,
serta gejala fisis yang terjadi tiap 5 detik dalam
selang waktu 1 menit atau selama mungkin.
Langkah-langkah di atas kemudian diulangi untuk
cawan petri berisi 5 ml aquades, 5 ml alkohol
70%, 5 ml alkohol 96%, dan 5 ml gliserin.
Percobaan kedua yang dilakukan dalam
praktikum ini adalah melakukan proses
pemompaan pada sarung tangan karet yang
diikat ujungnya. Sistem vakum yang digunakan
pertama-tama dibersihkan terlebih dahulu lalu
bagian bawah sistem vakum diolesi dengan
vacuum grease setipis mungkin. Sarung tangan
karet kemudian dimasukkan ke dalam vacuum
chamber, lalu sistem vakum dinyalakan dan
gejala fisis yang terjadi diamati.
III. DATA DAN PENGOLAHAN
I. Data dan Pengolahan
Diketahui:
Vtabung vakum = Vsilinder ⁺ ½ Vbola
= 5233.334 cm3
Sp = 1.6 m3/hour = 444.444 cm3/s
1. Alkohol 70%, To = 26⁰C
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
tekanan vs. waktu
fit 1
fit 1 copy 1
Gambar 2 grafik hubungan antara
tekanan dan waktu saat cawan petri
berisi alkohol 70%
General model:
f(x) = a*exp(-b*x)+c
Coefficients (with 95% confidence
bounds):
a = 41.06 (18.47, 63.65)
b = 1.606 (1.24, 1.971)
c = 86.05 (61.97, 110.1)
Pengolahan:
S = b.V = 8404.734 cm/s
QL = 117246.0393 micron-cm3/s
Po = 155.01 mbar
F = 485.2014
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2650
100
150
200
250
300
350
400
450
500
tekanan vs. temperatur
fit 1
tekanan vs. temperatur (2 )
Gambar 3 Grafik hubungan tekanan dengan
temperatur saat cawan petri berisi alkohol
70%
General model Exp1:
f(x) = a*exp(b*x)
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 145.1 (33.65, 256.5)
b = 0.7937 (-0.0365, 1.624)
2. Etanol 96%, To = 22⁰C
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100
150
200
250
300
350
400
450
500
tekanan vs. waktu
fit 1
Gambar 4 Grafik hubungan antara tekanan
dengan waktu saat cawan petri berisi etanol
96%
General model:
f(x) = a*exp(-b*x)+c
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 221.2 (-714.6, 1157)
b = 0.05416 (-0.2816, 0.39)
c = 220.9 (34.21, 407.6)
Pengolahan:
S = b.V = 283.4374 cm/s
QL = 34267.5817 micron-cm3/s
Po = 442.1 mbar
F = 0.2836
4 6 8 10 12 14 16 18 20
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
tekanan vs. temperatur
fit 1
Gambar 5 Grafik hubungan tekanan dengan
temperatur saat cawan petri berisi etanol 96%
General model Exp1:
f(x) = a*exp(b*x)
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 105.2 (16.35, 194)
b = 1.189 (0.3434, 2.035)
3. Gyserin, To = 24⁰C
20 40 60 80 100 120
100
150
200
250
300
350
400
450
500
tekanan vs. waktu
fit 1
Gambar 6 Grafik hubungan antara tekanan
dengan waktu saat cawan petri berisi glyserin
General model:
f(x) = a*exp(-b*x)+c
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 24.77 (9.297, 40.24)
b = 1.891 (1.478, 2.304)
c = 73.41 (53.25, 93.57)
Pengolahan:
S = b.V = 9896.2346 cm/s
QL = 65216.186 micron-cm3/s
Po = 111.3599 mbar
F = 465.3327
23 23.2 23.4 23.6 23.8 24 24.2 24.4 24.6 24.8 25
100
150
200
250
300
350
400
450
500
tekanan vs. temperatur
fit 1
Gambar 7 Grafik hubungan tekanan dengan
temperatur saat cawan petri berisi glyserin
General model Exp1:
f(x) = a*exp(b*x)
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 163.8 (71.06, 256.4)
b = 0.9058
4. Aquades, To = 25⁰C
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
tekanan vs. waktu
fit 1
Gambar 8 Grafik hubungan antara tekanan
dengan waktu saat cawan petri berisi
aquades.
General model:
f(x) = a*exp(-b*x)+c
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 157.7 (-6578, 6893)
b = 0.2079 (-8.476, 8.892)
c = 0.0005323 (-6609, 6609)
Pengolahan:
S = b.V = 1088.0101 cm/s
QL = 50886.2324 micron-cm3/s
Po = 304.47 mbar
F = 751.8797
0 5 10 15 20 250
100
200
300
400
500
600
700
tekanan vs. temperatur
fit 1
Gambar 9 Grafik hubungan tekanan dengan
temperatur saat cawan petri berisi aquadess
General model Exp1:
f(x) = a*exp(b*x)
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 1.377 (-2.047, 4.802)
b = 11.33 (6.139, 16.51)
IV.PEMBAHASAN
Dari percobaan yang dilakukan maka di dapati
hasil bahwa laju pemvakuma S untuk semua
bahan yang di praktikkan adalah : alcohol 70%
diperoleh 8404.734 cm/s.etanol
diperoleh283.4374 cm/s.Gyserin diperoleh
9896.2346 cm/s.aquades diperoleh 1088.0101
cm/s.
Sedangkan untuk konstanta kebocoran Ql
diperoleh data yaitu pada percobaan di dapati
konstanta kebocoran sebagai berikut : alcohol
70% diperoleh 117246.0393 micron-
cm3/s.etanol diperoleh 34267.5817 micron-
cm3/s.Gyserin diperoleh 65216.186 micron-
cm3/s.aquades diperoleh 50886.2324 micron-
cm3/s.
Berdasarkan hasil pengolahan data yang kami
peroleh dapat dianalisis bahwa tekanan
berbanding lurus dengan suhu dan
berbanding terbalik dengan volume. Semakin
tinngi konduktivitas selang maka semakin
cepat pula laju pempakuman yang terjadi.
Cairan yang mengalami pemvakuman akan
terjadi reaksi perubahan uap yang disebabkan
karena tekanan udara diluar ruangan lebih
tinggi dibandingkan dalam ruang
pemvakuman.
Anomali alcohol terjadi dalam dalam bentuk
larutanya dengan air menjalani kontraksi
volume.Alkohol yang dicampurkan dengan air
akan menghasilkan volume yang lebih kecil
dari pada volume gabunganya.Semakin tinggi
konsentrasinya semakin tinggi pula
anomalinya.
Balon yang dimasukan kedalam vakum akan
bertambah besarvolume balon tersebut.
Balon yang mengembang ini disebabkan oleh
tekana disekitar balon lebih rendah dari pada
dalam sehingga balon tersebut mengembang.
V. SIMPULAN
Jika suatu cairan berada pada pemvakuman akan terjadi evavorasi perubahan fasa dari cairan menjadi uap. Laju pempakuman dalam ruangan yang dipompa membuat keadaan gas memiliki konsentrasi molekul yang lebih rendah dari
pada konsentrasi udara di atmosfer disekitar permukaan bumi. Laju pemvakuman terhadap tekanan bergantung pada tekanan yang ada pada system saat di awal dan tekanan residunya.
VI.PUSTAKA
[1] Abdus, S. 2009. TEHNIK VAKUM
Jember: Laboratorium Opto Elektronik.
[2] Team Eksperimen. 2010. Modul
Eksperimen Fisika 1. Bandung: ITB
[3] Krane, K. 2006. Fisika Modern.
Bandung: UI-Press