BAB IIKAJIAN TEORETIS

A. TermodinamikaTermodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara panas dan usaha (kerja), serta sifat-sifat yang mendukung hubungan tersebut berupa energi dan transformasinya (Zulhelmi, 2010). Dalam termodinamika terdapat istilah pembagian dunia yaitu sistem, lingkungan dan alam semesta. Suatu sistem termodinamika didefinisikan sebagai suatu kumpulan zat yang memiliki massa yang tetap dan tertentu, yang dibatasi oleh suatu permukaan tertutup. Sistem juga dapat dipandang sebagai zat kerja yang merupakan pusat perhatian kita yang dibatasi oleh dinding tertutup atau sesuatu yang akan diamati dan dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Dinding tertutup itu adalah pembatas antara sistem dan lingkungannya. Lingkungan merupakan kajian diluar sistem itu sendiri sedangkan gabungan dari sistem dan lingkungan disebut alam semesta (universal). Hal ini dapat digambarkan seperti udara yang dikompres di dalam suatu silinder. Gas atau udara di dalam silinder disebut sebagai sistem, dinding silinder dan piston disebut sebagai permukaan yang tertutup dan udara diluar disebut sebagai Lingkungan (Harijono, 1994).

1. Sistem Termodinamikasistem adalah zat kerja yang merupakan pusat perhatian kita yang dibatasi oleh dinding tertutup. Sistem berupa zat padat, gas, cair, dwi kutup magnet, foton, dan lain-lain. Dinding tertutup adalah dinding yang membatasi antara sistem dengan lingkungannya. Dinding ini dapat berupa permukaan nyata atau permukaan khayal. Lingkungan adalah semua sistem lain diluar sistem yang menjadi pusat perhatian kita dan dapat selingkar dengan sistem (massa dan energi). Gabungan antara sistem dengan lingkungannya disebut semesta (Universal). Sistem dalam termodinamika dapat dibedakan atas tiga:a. Sistem terbuka yaitu sistem yang dapat dilakukan pertukaran pompa udara zat dan energi lingkungannya. Misalnya pompa udara, kompresor udara b. Sistem tertutup yaitu suatu sistem yang hanya dapat melakukan pertukaran energi dengan lingkungannya. Misalnya gas dalam silinder yang tertutup dengan piston c. Sistem terisolasi adalah sistem yang tidak dapat melakukan pertukaran zat maupun energi dengan lingkungnnya. Misalnya air didalam termos (Zulhelmi, 2010)

2. Keseimbangan Termodinamikapada umumnya suatu sistem berada dalam keadaan sebarang (arbitrary state). Ini bearti bahwa dalam sistem tersebut terdapat perbedaan suhu antara bagian-bagiannya, variasi tekanan dan reaksi kimia. Apabila sistem itu ditunggu beberapa saat dapatlah terjadi hal-hal berikut. Jika perbedaan suhu hilang, maka dikatakan bahwa sistem dalam keseimbangan termal. Jika variasi tekanan hilang, sistem dalam keseimbangan mekanik. Jika tidak terjadi lagi reaksi kimia, sistem dalam keseimbangan kimia. Jika ketiga macam keseimbangan itu telah terjadi, maka dikatakan bahwa sitem dalam keseimbangan termodinamika (Dimsiki Hadi, 1993).Keseimbangan termal adalah bila pada suatu sistem suhu dan sistem itu sama antara bagian-bagiannya. Keseimbangan mekanik adalah bila pada sutu sistem tekanan dari sitem itu sama antara bagian-bagiannya. Keseimbangan kimia adalah bila pada sutu sitem tidak terjadi lagi reaksi kimia antara bagian-bagian sistem tersebut. Keseimbangn termodinamika adalah keseimbangan yang dicapai oleh suatu sistem bila tidak terjadi perbadaan suhu, tekanan dan reaksi kimia pada sistem tersebut antara bagian-bagiannya. Disamping keseimbangan termal, terdapat pula keseimbangan lain yang diperoleh oleh sistem, yaitu keseimbangan stabil (mantap). Suatu sistem memiliki keseimbangan stabil jika sistem diganggu, kemudian gangguan itu dihilangkan, maka sistem kembali kekeadaan semula. Misalnya bola yang terletak pada permukaan cekung. Bila ditarik sampai ketepi cekung tali dilepas maka bola akan kembali ketempat semula bila gaya terganggu habis. Dan sebaliknya, jika sistem diberi gangguan dan gangguannya dihilangkan sistem tidak dapat kembali kekeadaan semula. Maka ini disebut keseimbangan labil. Misalnya bola yang ditarik pada cekungan kecil dari sebuah permukaan cembung, bila diberi gangguan kecil baru stabil (Zulhelmi, 2010).

3. Proses Termodinamikaproses adalah perubahan sistem dari suatu keadaan ke keadaan lain. Proses kuasistatis adalah proses yang merupakan rentetetan keadaan seimbang tak terhingga banyak, setiap saat keadaan seimbang itu hanya menyimpang sedikit dari keadaan seimbang sebelumnya. Proses non-kuasistatis adalah kebalikan dari proses kuasistatis. Proses revelsible adalah proses yang dapat dibalik arahnya melalui jalan yang sama sedemikian rupa sehingga sistem dan lingkungannya kembali seperti semula (kuasis). Proses irrenversible jika tidak dipenuhi persyaratan reversible tersebut.

4. Hukum-Hukum TermodinamikaDalam fisika dikenal adanya hukum kekekalan, seperti misalnya hukum kekekalan massa, hukum kekekalan energi, hukum kekekalan momentum dan hukum-hukum kekekalan lainnya. Termodinamika adalah salah satu cabang fisika, sehingga tidaklah mengherankan apabila didalam termodinamika juga dikenal adanya hukum kekekalan (Dimsiki Hadi, 1993). Adapun hukum-hukum pada termodinamika yaitu:a. Hukum Pertama TermodinamikaJika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai(2.1)Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan U adalah perubahan energi dalam.Jadi Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Berdasarkan kesepakatan jika usaha bernilai negatif maka artinya usaha dilakukan pada sistem dan jika usaha bernilai positif maka usaha dilakukan oleh sistem.

B. SuhuSuhu sistem adalah suatu sifat yang menentukan apakah sistem dalam keseimbangan termal dengan sistem lain nya. Suhu juga dapat disebut sebagai tingkat atau derajat panas suatu benda yang menentukan arah perpindahan kalor. Penetapan skala suhu adalah untuk titik tetap tertentu yaitu titik tripel air dimana ketiga fase air beradu pada keadaan seimbang. Titik tripel air dan titik uap . Kemudian ditetapkan skala suhu mutlak (skala Kelvin) dan hubungannya. Banyak besaran fisis yang mengalami perubahan karena perubahan suhu, misalnya volume cairan, panjang batang, Zat yang demikian disebut zat termodinamika atau sifat termodinamika (Zulhelmi, 2010).Suhu merupakan besaran pokok yang dapat diartikan sebagai ukuran panas atau dinginnya suatu benda. Jika terdapat dua buah benda yang ditempelkan sehingga terjadi kontak termal satu sama lainnya maka pada akhir proses kedua benda berada pada kondisi kesetimbangan termal (hukum ke nol termodinamika) yaitu kondisi dimana kedua benda sudah tidak lagi mengalami pertukaran kalor akibat suhu kedua benda sama, sedangkan kalor adalah salah satu bentuk energi yang ditransfer suatu benda ke benda lain karena terdapat perbedaan suhu antara kedua keadaan tersebut.Suhu adalah besaran numerik untuk mengetahui derajat panas atau dingin pada suatu benda. Suhu juga dapat didefinisikan sebagai suatu besaran termodinamika yang menunjukkan besarnya energi kinetik translasi rata-rata molekul dalam sistem gas. Satuan suhu ada derajat Celcius (oC), derajat Reamur (oR), derajat Fahrenheit (oF), dan Kelvin (K). Semakin tinggi suhunya, semakin panas benda atau ruangan tersebut. Semakin rendah suhunya, semakin dingin benda atau ruangan tersebut. Suhu dapat diukur dengan menggunakan thermometer (Hedisasrawan, 2014)Pada hakikatnya suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki oleh molekuk-molekul suatu benda. Dengan demikian suhu menggambarkan bagaimana gerakan molekul-molekul benda. Sebagai contoh ketika kita memanaskan sebatang besi, besi akan memuai, dan bebrapa sifat fisik benda tersebut akan berubah. Sifat-sifat benda yang bisa berubah akibat adanya perubahan suhu disebut sifat termometrik. Pada umumnya untuk mengukur suhu menggunakan Termometer. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu sebuah benda. Pembuatan termometer pertama kali dipelopori oleh Galileo Galilei (1564 1642) pada tahun 1595. Alat tersebut disebut dengan termoskop yang berupa labu kosong yang dilengkapi pipa panjang dengan ujung pipa terbuka. Mula-mula dipanaskan sehingga udara dalam labu mengembang. Ujung pipa yang terbuka kemudian dicelupkan kedalam cairan berwarna. Ketika udara dalam tabu menyusut, zat cair masuk kedalam pipa tetapi tidak sampai labu. Beginilah cara kerja termoskop. Untuk suhu yang berbeda, tinggi kolom zat cair di dalam pipa juga berbeda. Tinggi kolom ini digunakan untuk menentukan suhu. Prinsip kerja termometer buatan Galileo berdasarkan pada perubahan volume gas dalam labu. Tetapi dimasa ini termometer yang sering digunakan terbuat dari bahan cair misalnya raksa dan alkhohol. Prinsip yang digunakan adalah pemuaian zat cair ketika terjadi peningkatan suhu benda. Raksa digunakan sebagai pengisi termometer karena raksa mempunyai keunggulan yaitu, raksa penghantar panas yang baik, pemuaiannya teratur, titik didihnya tinggi, warnanya mengkilap, tidak membasahi dinding. Sedangkan keunggulan alkhohol yaitu, titik bekunya rendah, harganya murah, pemuaiannya 6 kali lebih besar dari pada raksa sehingga pengukuran mudah diamati (Anonym, 2008).

C. Kalor Kalor dalam ilmu fisika didefnisikan sebagai salah satu bentuk energi. Energi kalor ini dapat mengalir dan berpindah suatu material atau benda ke material atau benda yang lain. Proses perpindahan tersebut terjadi untuk mencapai kesetimbangan. Seperti yang kita ketahui bahwa satuan dari energi adalah joule. Oleh karenanya kalor dapat diberi satuan dengan joule juga. Walaupun kalor merupakan salah satu bentuk energi, kalor memiliki satuan yang sering dipakai yaitu kalori. Akan tetapi, satuan internasional yang disepakati untuk energi (termasuk kalor) adalah joule, dimana 1 kalori (kal) memiliki nilai yang sebanding dengan 4,2 joule. Jika dibalik maka nilai 1 joule sama dengan 0,24 kalori. Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan air 1 kg sehingga suhunya naik sebesar 1C. Suhu sendiri memiliki makna sebagai besaran yang digunakan untuk menyatakan derajat panas suatu benda, secara mikroskopik sebenarnya adalah energi kinetik dari suatu benda (partikel benda yang panas akan bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada benda dengan suhu rendah) (Khoirul Bashoir, 2015)Kalor merupakan energi yang ditransfer dari satu benda ke benda lainnya karena adanya perbedaan suhu. Kalor berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Jika kedua benda tersebut disentuhkan cukup lama sehingga suhu keduanya menjadi sama, dikatakan dalam keadaan setimbang termal, dan tidak ada lagi kalor yang mengalir diantaranya (Giancoli, 1998:484).Jika kalor diberikan pada suatu benda, temperatur benda tersebut akan naik. Besar kalor Q yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur zat tertentu sebanding dengan massa zat (m), kalor jenis zat (c), dan perubahan suhu yang diinginkan (T). Secara matematis dirumuskan sebagai berikut:(2.2)Keterangan:Q : besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh benda (Joule)m: massa benda (Kg)c : besarnya kalor jenis (Joule)T: perubahan suhu benda ()

Benda akan menyerap kalor jika ada kenaikan suhu dan akan melepas kalor ketika terjadi penurunan suhu.Pada zat yang berubah wujud, suhu benda akan konstan dan kalor yang diberikan digunakan untuk berubah wujud. Secara matematis besarnya kalor yang diserap atau dilepas dirumuskan sebagai berikut: (2.3)Keterangan:Q:besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh benda saat berubah wujud (Joule)m: massa benda (Kg)L :kalor lebur, yakni besarnya kalor yang diserap oleh benda saat benda melebur (Joule/Kg)U:kalor uap, yakni besarnya kalor yang diserap oleh benda saat benda menguap (Joule/Kg)Benda akan menyerap kalor jika berubah wujud dari suhu rendah ke suhu tinggi, seperti melebur, menguap dan mendeposisi. Benda dikatakan melepas kalor jika benda berubah wujud dari suhu tinggi kesuhu rendah, seperti mengembun, membeku, dan menyublim.Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh 1 Kg zat untuk menaikkan suhu sebesar 1 . Karena terdapat keunikan dari tiap benda dalam penyerapan dan pelepasan kalor maka diberi nama kalor jenis. Maka untuk kenaikan atau penurunan sebesar 1 dari benda yang berbeda tetapi massanya sama akan menyerap atau melepas kalor dengan jumlah yang berbeda, tergantung kalor jenis dari benda tersbut. Satuan kalor jenis dalam standar internasional (SI) adalah J/Kg. sedangkan dalam sistem CGS adalah J/gram (Khoirul Bashoir, 2015).Tabel 2.1 Kalor Jenis untuk beberapa Zat (Khoirul Bashoir, 2015)NoZatKal/gJ/Kg

1Air1,004200

2Air Laut0,933900

3Alkohol0,55230

4Minyak Tanah0,52220

5Air Raksa0,033140

6Es0,5952500

7Alumunium0,214900

8Kaca0,16670

9Besi0,11460

10Tembaga0,093390

11Kuningan0,90380

12Perak0,059230

13Emas0,030126

14Timbal0,031130

Zat yang memiliki kalor jenis tertinggi adalah air yaitu 4200 J/Kg sehingga air dapat berfungsi sebagai pendingin yang baik, karena untuk menaikkan suhu air sebesar 1 (memanaskan air) membutuhkan kalor yang banyak daripada zat yang lain.Berdasarkan penjelasan di atas juga sudah disinggung sedikit mengenai kalor laten. Kalor laten adalah kalor yang diperlukan atau dilepaskan oleh benda dengan massa sebesar 1 Kg untuk berubah wujud. Dalam bahasa yang sederhana adalah Kalor laten adalah kalor yang diperlukan atau dilepaskan oleh benda saat melakukan perubahan wujud. Dalam satuan internasional kalor laten memiliki satuan Joule/Kg sedangkan dalam satuan cgs, kalor laten memiliki satuan Joule/ gram. Kapasitas kalor memiliki pengertian sebagai banyaknya kalor yang diserap oleh suatu benda dengan massa tertentu untuk menaikkan suhu sebesar 1 . Jika suhu benda turun sebesar 1 maka kalor tersebut adalah kalor yang dilepas oleh benda dengan massa tertentu. Satuan kapasitas kalor dalam sistem International yaitu J/Kg sedangkan satuan dalam sistem cgs adalah J/gram. Secara matematis kapasitas kalor dirumuskan sebagai: (2.4)Keterangan:Q: banyaknya kalor yang dilepas atau diterima oleh suatu benda (Joule)m : massa benda yang menerima atau melepas kalor (Kg)c : kalor jenis zat( J/Kg )T: perubahan suhu ()

D. Fluida Pada umumnya materi dapat di bedakan menjadi tiga wujud, yaitu padat, cair dan gas. Benda padat memiliki sifat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap. Jika gaya bekerja pada benda padat, benda tersebut tidak langsung berubah bentuk atau volumenya. Benda cair tidak mempertahankan bentuk tetap, melainkan mengambil bentuk seperti tempat yang di tempatinya, dengan volume yang tetap, sedangkan gas tidak memiliki bentuk dan volume tetap melainkan akan terus berubah dan menyebar memenuhi tempatnya. Karena keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir. Zat memiliki kemampuan untuk mengalir disebut dengan zat cair atau fluida. Fluida dibedakan menjadi fluida statik dan fluida dinamik. Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser. (Iskandar, 2013). Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air yang terdapat didalam tabung yang tidak dipengaruhi oleh gaya apapun. Cairan yang berada dalam tabung mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar tabung dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar tabung. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut. Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis).Fluida diklasifikasikan sebagai fluida Newtonian dan non-Newtonian. Dalam fluida Newtonian terdapat hubungan linear antara besarnya tegangan geser yang diterapkan dan laju perubahan bentuk yang diakibatkan. Namun, apabila hubungannya tak linear maka disebut non-Newtonian. Gas dan cairan encer cenderung bersifat fluida Newtonian sedangkan hidrokarbon berantai panjang yang kental mungkin bersifat non-Newtonian (Poerboyo, 2013)Sifat-sifat fluida statis ini antara lain yaitu, massa jenis, tegangan permukaan, kapilaritas dan poskositas. Ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. (Iskandar, 2013). Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air).

E. TekananTekanan adalah perubahan momentum rata-rata yang ditimbulkan oleh tumbukan pertikel (molekul atau atom) pada dinding bejana atau luas permukaan dalam satu satuan waktu. Tekanan didefenisikan sebagai besarnya gaya normal yang menekan bidang persatuan luas bidang (Zulhelmi, 2010).(2.5)Jika sistem berhubungan dengan udara luar maka tekanan P umumnya dinyatakan dalam harga absolute (tekanan absolut). Tekanan absolut bergantung pada tekanan hasil pengukuran dengan ketentuan, bila tekanan pengukuran lebih besar dari tekanan atmosfir, maka tekanan absolut sama dengan tekanan pengukuran tambah tekanan atmosfir. Bila tekanan pengukuran lebih kecil dari tekanan atmosfir, maka tekanan absolut sama dengan tekanan atmosfir dikurang tekanan pengukuran (Zulhelmi, 2010).Tekanan didalam medium kontinu disebut tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis untuk perbedaan ketinggian yang tidak terlalu besar adalah tetap, yaitu:(2.6)Fluida berbeda dengan zat pada, yaitu tak dapat menopang tegangan geser. Jadi, fluida berubah bentuk untuk mengisi tabung denagn bentuk bagaimana pun. Bila sebuah benda tercelup dalam fluida seperti air, fluida mengadakan sebuah gaya yang tegak lurus permukaan benda disetiap titik pada permukaan. Jika benda cukup kecil sehingga kita dapat mengabaikan tiap perbedaan kedalam fluida. Gaya persatuan luas yang diadakan oleh fluida sama disetiap titik pada permukaan benda. Gaya persatuan luas ini dinamakan tekanan fluida (Tipler, 1998).Seperti yang diketahui semua penyelam, tekanan didanau atau dilautan bertambah dengan bertambahnya kedalaman. Demikian pula tekanan atmosfer berkurang bila ketinggian bertambah. Inilah sebabnya mengapa kabin pesawat terbang harus diberi tekanan (Tipler, 1998). Atmosfir merupakan lapisan yang melindungi bumi. Lapisan ini meluas hingga 1000 Km keatas bumi dan memiliki massa 4.5 x 1018 Kg. Massa atmosfir yang menekan permukaan inilah yang disebut dengan tekanan atmosfir. Tekanan atmosfir dipermukaan laut adalah 76 cmHg (Anonim, 2010).Untuk cairan seperti air yang kerapatannya konstan dimana-mana, tekanan bertambah secara linier dengan kedalaman. Tekanan pada kedalaman h lebih besar dari pada tekanan dibagian atas sejumlah berlaku untuk cairan dalam bejana apapun, tidak bergantung pada bentuk bejana. Selanjutnya, tekanan adalah sama disetiap titik pada kedalaman yang sama. Jadi, jika kita menambah , misalnya dengan menekan kebawah bagian atas permukaan dengan sebuah pengisap, maka pertambahan tekanan adalah sama dimana-mana dalam cairan. Ini dikenal sebagi prinsip Pascal, yang dinamakan menurut Blaise Pascal (1623-1662): tekanan yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa berkurang ketiap titik dalam fluida dan kedinding bejana (Tipler, 1998). Tekanan hanya bergantung pada kedalaman air, tidak pada bentuk bejana, sihingga pada ketinggian yang sama tekanan adalah sama disemua bagian bejana, seperti dapat ditunjukan secara eksperimen. Walaupun air dibagian yang paling besar dari bejana beratnya lebih dari berat air dibagian-bagian yang lebih kecil, sebagian berat ini ditopang oleh gaya normal yang diberikan oleh sisi-sisi bagian yang terbesar dari bejana, yang dalam hal ini mempunyai komponen keatas. Bagian yang berbayang-bayang dari air sepenuhnya ditopang oleh sisi-sisi bejana.Tekanan udara adalah tekanan yang diberikan oleh udara, karena geraknya tiap 1 cm2 bidang mendatar dari permukaan bumi sampai batas atmosfer, 1 atm = 76 cmHg. Tekanan 1 atm disebut sebagai tekanan normal. Tekanan udara makin berkurang dengan penambahan tinggi tempat. Sebagai ketentuan, tiap naik 300 m tekanan udara akan turun 1/30 x. Tekanan udara mengalir dari tempat yang mempunya tekanan tinggi ke tempat yang memiliki tekanan lebih rendah, dapat secara vertikal atau horizontal (Wuryatno, 2000).Tekanan udara merupakan tenaga yang bekerja untuk menggerakkan massa udara dalam setiap satuan luas tertentu. Diukur dengan menggunakan barometer. Satuan tekanan udara adalah milibar (mb). Garis yang menghubungkan tempat-tempat yang sama tekanan udaranya disebut sebagai isobar. Tekanan udara memiliki beberapa variasi. Tekanan udara dibatasi oleh ruang dan waktu. Artinya pada tempat dan waktu yang berbeda, besarnya juga berbeda (Mohr,1998).Udara mempunyai massa/berat besarnya tekanan diukur dengan barometer. Barograf adalah alat pencatat tekanan udara. Tekanan udara dihitung dalam milibar. Garis pada peta yang menghubunkan tekanan udara yang sama disebut isobar. Barometer aneroid sebagai alat pengukur ketinggian tempat dinamakan altimeter yang biasa digunakan untuk mengukur ketinggian pesawat terbang (Leonheart, 2010).Tekanan atmosfer tidaklah seragam di semua tempat. Tidak semata terjadi permukaan yang cepat dengan naiknya ketinggian, tetapi pada suatu ketinggian tertentupun ada varian dari suatu tempat ke tempat yang lain serta dari waktu ke waktu yang lainnya, meskipun tidak sebesar variasi yang disebabkan oleh ketinggian yang berbeda (Benyamin Lakitan, 1994).Tekanan udara antara lokasi yang satu dengan lokasi yang lain dan pada lokasi tertentu dapat berubah secara dinamis dari waktu ke waktu. Perbedaan atau perubahan tekanan uadara ini terutama disebabkan oleh pergeseran garis edar matahari, keberadaan bentang laut dan ketinggian tempat (Masson dan Cloud, 1962).

F. Tekanan Udara Pada Tabung VakumGas dalam ruang tertutup mengadakan tekanan pada dinding ruang tersebut. Salah satu peristiwa yang membuktikan hal tersebut adalah balon karet yang berisi udara. Semakin banyak udara yang dimasukkan ke dalam balon, semakin besar tekanan udara yang dialami dinding balon, sehingga balon menggelembung lebih besar (Izatul Izma, 2013). Jika dalam tekanan udara digunakan barometer untuk mengukurnya, maka tekanan pada udara dalam ruang tertutup dapat diukur menggunakan manometer. Ada tiga macam manometer, yaitu manometer zat cair, manometer logam, dan manometer Mad Leod.Manometer adalah alat pengukur tekanan udara didalam ruang tertutup atau pada tabung tertutup hampa udara. Manometer dibagi beberapa jenis, yaitu manometer zat cair, manometer logam dan manometer mac leod.1. Manometer Zat CairManometer zat cair biasanya merupakan pipa kaca berbentuk U yang berisi raksa. Manometer jenis ini dibedakan menjadi manometer raksa yang terbuka dan manometer raksa yang tertutup. a. Manometer raksa ujung terbukaManometer raksa ujung terbuka digunakan untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup bila tekanannya sekitar 1 atmosfer. Pada pipa U berisi raksa, pada salah satu ujungnya dihubungkan dengan ruangan yang akan diukur tekanannya, sedangkan ujung yang lain berhubungan dengan udara luar (atmosfer). Sebelum digunakan, permukaan raksa pada kedua pipa U adalah sama tinggi. Setelah dihubungkan dengan ruang yang akan diukur tekanannya, maka permukaan raksa pada kedua pipa menjadi tidak sama tingginya.Jika tekanan gas dalam ruanagn tertutup lebih besar dari pada tekanan udara luar, maka akan mendorong raksa dalam pipa U. permukaan raksa pada pipa terbuka lebih tinggi daripada permukaan raksa pada pipa yang berhubungan dengan ruang tertutup. Misalkan selisih tinggi raksa adalah h, maka tekanan ruangan sebesar: (2.7)Jika tekanan dalam gas dalam ruangan tertutup lebih rendah daripada tekanan udara luar, maka permukaan raksa pada pipa terbuka akan lebih rendah dari pada permukaan raksa pada pipa yang berhubungan dengan ruang tertutup. Misalkan selisih tinggi raksa adalah h, maka tekanan gas dalam ruangan sebesar: (2.8)Keterangan:Bar: tekanan udara luarh : tekanan gas dalam ruang tertutupb. Manometer raksa ujung tertutupManometer ini pada prinsipnya sama dengan manometer ujung terbuka, tetapi digunakan untuk mengukur tekanan ruangan lebih dari 1 atmosfer. Sebelum digunakan, tinggi permukaan raksa sama dengan tekanan di dalam pipa tertutup 1 atmosfer. Jika selisih tinggi permukaan raksa pada kedua pipa adalah h cm, maka tekanan ruang tersebut sebesar:(2.9)Keterangan: : tekanan udara mula-mula dalam pipa (Pa) : besar tekanan udar yang diukur (Pa)h: selisih tinggi permukaan kedua pipa (cmHg)

Gambar 2.1 Manometer raksa pipa tertutup (Aditya Mahendra, 2013)2. Manometer LogamManometer logam digunakan untuk mengukur tekanan gas yang sangat tinggi, misalnya tekanan gas dalam ketel uap. Cara kerja manometer ini didasarkan pada plat logam yang bergerak naik turun bila ada perubahan tekanan. Gerak ujung plat logam diterusakan oleh jarum jam penunjuk skala. Beberapa manometer logam antara lain manometer Bourdon, manometer Shaffer Budenberg, dan manometer ban.3. Manometer Mac LeodManometer mac leod digunakan untuk mengukur tekanan udara yang lebih kecil dari 1 mmHg. Cara kerja manometer ini pada prinsipnya sama seperti manometer raksa ujung tertutup. Jika selisih tinggi raksa di pipa S dengan pipa E adalah h cmHg, maka tekanan yang terukur sebesar.

G. Merkuri (Hg)Logam merkuri (Hg), mempunyai nama kimia hydragyrum yang berarti cair. Logam merkuri dilambangkan dengan Hg. Pada tabel periodik Hg menempati urutan (NA) 80 dan mempunyai bobot atom. Merkuri telah dikenal manusia sejak manusia mengenal peradapan. Logam ini dihasilkan dari bijih sinabar, HgS, yang mengandung unsur merkuri antara 0,1% - 4% (Subanri, 2008)Merkuri yang telah dilepaskan kemudian dikondensasi, sehingga diperoleh logam cair murni. Logam cair inilah yang kemudian digunakan oleh manusia untuk bermacam-macam keperluan seperti untuk menambal gigi, prepelant lampu, termometer dan banyak senyawa - senyawa merkuri yang digunakan sebagai disinfektan, pestisida, bahan cat, anti septik, baterai kering, photografi, di pabrik kayu dan pabrik tekstil serta pada proses pengolahan di tambang emas (Sugeng, 2010). Secara umum logam merkuri memiliki sifat - sifat sebagai berikut :a. Merkuri merupakan satu-satunya logam yang berbentuk cair pada suhu kamar (250C) dan mempunyai titik beku terendah dari semua logam yaitu -390C.b. Mempunyai sifat yang mengikat protein, sehingga mudah terjadi biokonsentrasi pada tubuh organisme air melalui rantai makanan.c. Pada fase padat bewarna abu-abu dan pada fase cair berwarna putih perak.d. Uap merkuri diatmosfer dapat bertahan selama 3 bulan sampai 3 tahun, sedangkan bentuk yang melarut dalam air hanya bertahan beberapa minggu (Yudha, 2008).e. Merupakan logam yang paling mudah menguap jika dibandingkan dengan logam - logam yang lain. f. Tahanan listrik yang dimiliki sangat rendah, sehingga menempatkan merkuri sebagai logam yang sangat baik untuk menghantarkan daya listrik.g. Dapat melarutkan bermacam - macam logam untuk membentuk alloy yang disebut juga amalgam.h. Merupakan unsur yang sangat beracun bagi semua makhluk hidup, baik itu dalam bentuk unsur tunggal (logam) ataupun dalam bentuk persenyawaan (Sugeng, 2010).Merkuri atau air raksa (Hg) banyak digunakan pada alat ukur suhu maupun tekanan. Seperti pada alat ukur tekanan untuk mengukur tekanan udara. Salah satu bentuk alat ukur tekanan udara yaitu manometer yang digunakan untuk mengukur tekanan udara ruang hampa. Cairan yang digunakan untuk mengisi manometer adalah air raksa, sehingga mampu manahan tekanan zat yang cukup tinggi. Raksa memiliki sifat termometrik yang lebih baik dari pada zat cair lain. Sifat termometrik zat merupakan sifat dasar suatu zat yang apabila diubah-ubah suhunya akan berubah pula secara teratur. sifat termometrik tersebut antara lain, yaitu cepat mengambil panas dari benda-benda yang hendak diukur, pemuaiannya teratur, tidak membasahi dinding, mudah dilihat skalanya yang ditunjukkan (Azhar, 2014).

H. Pompa KompresorKompresor torak adalah mesin atau alat untuk memampatkan udara atau gas. Secara umum biasanya mengisap udara, yang merupakan campuran beberapa gas dengan susunan 78% nitrogren, 21% oksigen dan 1% campuran argon, carbon dioksida, uap air, minyak, dan lainnya. Namun ada juga kompressor yang mengisap udara/gas dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfer dan biasa disebut penguat (booster). Sebaliknya ada pula kompressor yang menghisap udara/gas bertekanan lebih rendah dari tekanan atmosfer dan biasanya disebut pompa vakum.Fungsi kompresor adalah untuk menaikkan tekanan suatu gas. Tekanan gas dapat dinaikkan dengan mengurangi volumenya. Ketika volumenya dikurangi, tekanannya naik.Karena proses pemampatan, udara mempunyai tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan udara lingkungan (1 atm). Dalam keseharian, kita sering memanfaatkan udara mampat baik secara langsung atau tidak langsung. Sebagai contoh, udara mampat yang digunakan untuk mengisi ban mobil atau sepeda motor, udara mampat untuk membersihkan bagian-bagian mesin yang kotor di bengkel-bengkel dan manfaat lain yang sering dijumpai sehari-hari.Pada industri, penggunaan kompresor sangat penting, baik sebagai penghasil udara mampat atau sebagai satu kesatuan dari mesin-mesin. Kompresor banyak dipakai untuk mesin pneumatik, sedangkan yang menjadi satu dengan mesin yaitu turbin gas, mesin pendingin dan lainnya.Dengan mengambil contoh kompresor sederhana, yaitu pompa ban sepeda atau mobil. Jika torak pompa ditarik keatas, tekanan di bawah silinder akan turun sampai di bawah tekanan atmosfer sehingga udara akan masuk melalui celah katup hisap yang kendur. Katup terbuat dari kulit lentur, dapat mengencang dan mengendur dan dipasang pada torak. Setelah udara masuk pompa kemudian torak turun kebawah dan menekan udara, sehingga volumenya menjadi kecil.

Gambar 2.2Pompa kompresor dalam bentuk pompa Sepeda (Qusumma, 2015)Tekanan menjadi naik terus sampai melebihi tekanan di dalam ban, sehingga udara mampat dapat masuk ban melalui katup. Karena diisi udara mampat terus menerus, tekanan di dalam ban menjadi naik. Jadi jelas dari contoh tersebut, proses pemampatan terjadi karena perubahan volume pada udara yaitu menjadi lebih kecil dari kondisi awal.Kompresor Piston (bolak-balik) terdiri dari 3 jenis:1. Kompresor Piston Aksi Tunggal.Kompresor piston dengan hanya mempunyai satu silinder, dengan gerakan torak yang bolak balik di dalamnya.2. Kompresor Piston Aksi Ganda.Kompresor piston dengan mempunyai jumlah silinder lebih dari satu, dibuat dengan maksud untuk memperoleh kapasitas yang lebih besar atau tekanan yang lebih besar.3. Kompresor Diafragma.Kompresor diafragma ini termasuk ke dalam jenis kompresor torak. Penempatan torak dipisahkan dengan ruangan penyedotan oleh sebuah diafragma. Kompresor jenis ini banyak digunakan dalam industri bahan makanan, industri farmasi dan kimia.Prinsip kerja dari kompresor ini ialah dengan cara mengatur katup masukan udara dan diisap oleh torak yang gerakannya naik turun sesuai dengan bentuk katup.Konstruksi Kompresor TorakPada umumnya kompresor udara yang digunakan dalam bidang kerja otomotif adalah kompresor torak/piston.

Gambar 2.3 Bagian-bagian Kompresor Torak (Qusumma, 2015)Kompresor yang terlihat pada Gambar 2.3 biasa kita jumpai dibengkel-bengkel kecil sebagai penghasil udara mampat untuk keperluan pembersih kotoran dan pengisi ban sepeda motor atau mobil. Prinsip kerjanya sama dengan pompa ban, yaitu memampatkan udara di dalam silinder dengan torak. Perbedaanya terletak pada katupnya, kedua katup dipasang dikepala silinder, dan tenaga penggeraknya adalah motor listrik. Tangki udara berfungsi sama dengan ban yaitu sebagai penyimpan energi udara mampat. Kompresor torak atau kompresor bolak-balik pada dasarnya adalah mengubah gerakan bolak-balik torak/piston. Gerakan ini diperoleh dengan menggunakan poros engkol dan batang penggerak yang menghasilkan gerak bolak-balik pada torak.Gerakan torak akan menghisap udara ke dalam silinder dan memampatkannya. Langkah kerja kompresor torak hampir sama dengan konsep kerja motor torak.Langkah Kerja Kompresor Torak:1. Langkah Hisap

Gambar 2.4 Langkah-langkah hisap pada kompresor (Qusumma, 2015)Poros engkol berputar, torak bergerak dari TMA ke TMB. Kevakuman terjadi pada ruangan didalam silinder, sehingga katub hisap terbuka oleh adanya perbedaan tekanan dan udara terhisap masuk ke dalam silinder.

2. Langkah Kompresi

Gambar 2.5 Langkah-langkah kompresi pada kompresor (Qusumma, 2015)Langkah kompresi terjadi saat torak bergerak TMB ke TMA, katup hiasap dan katup keluar tertutup sehingga udara dimampatkan di dalam silinder.3. Langkah Keluar

Gambar 2.6 Langkah-langkah keluar pada kompresor (Qusumma, 2015)Bila torak meneruskan gerakannya ke TMA, tekanan di dalam silinder akan naik sehingga katup keluar oleh tekanan udara sehingga udara keluar memasuki tangki penyimpanan udara (Qtussama, 2012).26