TEKANAN

Definisi

Untuk gas dan zat cair biasanya efek dari suatu gaya normal yang beraksi pada suatu luas disebut dengan tekanan (pressure). Jika suatu gaya ∆F beraksi dengan sudut kemiringan tertentu terhadap suatu luas ∆A (Gbr. 1-7), hanya komponen normal ∆F_n yang masuk ke dalam definisi tekanan:

Satuan SI untuk tekanan adalah pascal (Pa), di mana

1 Pa= 1 N/m² = 1 kg/m.s²

Satuan inggrisnya adalah lbf/ft² (psf), walaupun yang sering digunakan adalah lbf/in² (psi).

Dengan menganalisis gaya-gaya tekanan yang beraksi pada suatu elemen fluida segitiga yang memiliki tinggi konstan, kita dapat menunjukkan bahwa tekanan pada suatu titik dalam suau fluida yang berada dalam kesetimbangan (tidak bergerak) memiliki nilai sama ke semua arah; berarti tekanan merupakan kuantitas skalar. Untuk gas dan zat cair yang memiliki pergerakan relatif tekanan dapat berubah menurut arah pada suatu titik; akan tetapi, perubahannya sangat kecil sehingga dapat diabaikan unuk kebanyakan gas dan zat cair yang memiliki viskositas rendah (mis. Air). Dalam pembahasan di atas kita belum mengasumsikan bahwa tekanan tidak berubah dari satu titik ke titik lainnya, hanya bahwa pada suatu titik tertentu tekanan tidak berubah terhadap arah.

Perubahan tekanan terhadap ketinggian

Dalam atmosfer tekanan berubah terhadap ketinggian. Perubahan ini dapat diekspresikan secara matematis dengan menganalisis kesetimbangan elemen udara dalam Gbr. 1-8. Jika semua gaya yang beraksi pada elemen tersebut ke arah vertikal (arah atas adalah positif) dijumlahkan akan dihasilkan.

dP = -ρg dz

Selanjutnya jika ρ merupakan fungsi yang diketahui dari z, persamaan di atas dapat diintegrasikan untuk memberikan P(z):

Untuk zat cair, ρ bernilai konstan. Jika kita menuliskan (1.8) dengan menggunakan dh = - dz, kita memperoleh

dP = w dh

di mana h bernilai positif ke arah bawah. Dengan mengintegrasikanpersamaan ini, dimulai pada permukaan di mana P = 0, akan dihasilkan

P = wh

Persamaan ini dapat digunakan untuk mengkonversikan tekanan yang diukur dalam meter air aatau milimeter air raksa ke dalam pascal (Pa).

Kebanyakan hubungan termodinamika harus menggunakan tekanan absolut. Tekanan absolut terdiri dari tekanan terukur, atau tekanan alat ukur (gage pressure), ditambah dengan tekanan atmosfer lokal:

P_abs = P_ukur + P_atm

Tekanan alat ukur negatif seringkali disebut sebagai vakum, dan alat-alat ukur yang dapat mengukur tekanan negatif disebut alat ukur vakum. Tekanan alat ukur sebesar -50kPa disebut sebagai suatu vakum sebesar50 kPa, di mana tanda negatifnyatelah dihilangkan.

Gambar 1-9 menunjukkan hubungan-hubungan antara tekanan absolut dan alat ukur.

Istilah “alat ukur” (gage) umumnya digunakan dalam pernyataan-pernyataan untuk tekanan alat ukur; misalnya, P = 200 kPa alat ukur. Jika “alat ukur” tidak disebutkan, umumnya tekanan yang dimaksudkan adalah tekanan absolut. Tekanan atmosfer merupakan tekanan absolut, dan akan dianggap memiliki nilai 100 kPa (pada permukaan laut), kecuali jika disebutkan lainnya. Perlu diperhatikan bahwa tekanan atmosfer sangat bergantung pada ketinggian; di Devender, Colorado, sebesar kira-kira 84 kPa dan di suatu kota dengan ketinggian 3000 m hanya sebesar 70 kPa.

Sumber: Potter, Merle C dan Somerton, Craig W. 2008. Termodinamika Teknik. Erlangga: Jakarta.