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:



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


fit 1


temperatur saat cawan petri berisi etanol 96%

General model Exp1:

f(x) = a*exp(b*x)


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


dengan waktu saat cawan petri berisi glyserin

General model:



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


fit 1


temperatur saat cawan petri berisi glyserin

General model Exp1:

f(x) = a*exp(b*x)


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


dengan waktu saat cawan petri berisi

aquades.

General model:



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


fit 1


temperatur saat cawan petri berisi aquadess

General model Exp1:

f(x) = a*exp(b*x)


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

vakum aceng

Documents

Transcript of vakum aceng