ALAT UKUR TEKANAN DAN

PENGENDALIANNYA

A. PENDAHULUAN

Dalam ilmu fisika, tekanan diartikan sebagai gaya per satuan luas, di mana arah gaya

tegak lurus dengan luas permukaan. Secara matematis, tekanan dapat dinyatakan dengan

persamaan berikut ini :

dengan P = tekanan, F = gaya dan A = luas permukaan. Satuan tekanan adalah N/m2 atau pascal

(Pa).

Berikut ini adalah macam-macam tekanan :

1. Atmosphere Pressure (tekanan atmosfer)

Tekanan yang dihitung tepat di atas permukaan air laut. Makin tinggi kedudukan makin

rendah tekanan atmosfernya.

2. Absolute Pressure (tekanan absolut)

Gaya yang bekerja pada satuan luas, tekanan ini dinyatakan dan diukur terhadap tekanan

NOL.

3. Gauge Pressure (tekanan relatif)

Tekanan yang dinyatakan dan diukur relatif terhadap tekanan atmosfer. Jadi tekanan relatif

adalah selisih (positif) antara tekanan absolute dengan tekanan atmosfer (1 atmosfer = 760

mmHg = 14.7 psia).

4. Vacuum Pressure (tekanan hampa)

Tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfer. Jadi tekanan hampa adalah selisih (negatif)

antara tekanan absolut dengan tekanan atmosfer (1 atmosfer = 760 mmHg = 14.7 psia).

5. Differential Pressure (tekanan differential)

Tekanan yang diukur terhadap tekanan yang lain. Jenis-jenis alat ukur tekanan diantaranya

adalah barometer, manometer, bellows, bourdon tube pressure gauge, dan diaphragm

pressure gauge.

B. BAROMETER

Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara luar. Barometer termasuk

peralatan meteorologi golongan non recording yang pada waktu tertentu harus dibaca agar

mendapat data yang diinginkan. Barometer baik raksa maupun anaeroid dipengaruhi oleh

ketinggian, mengingat tekanan udara akan berkurang seiring pertambahan ketinggian sehingga

perlu selalu pensettingan awal. Barometer ada dua jenis, yaitu :

1. Barometer Air Raksa

Tekanan udara biasanya diukur dalam satuan inci air raksa (mercury, in.Hg) oleh

sebuah barometer air raksa. Barometer ini mengukur ketinggian dari kolom air raksa yang ada

di dalam sebuah tabung kaca. Bagian terpenting alat ini adalah bejana kaca yang berisi air raksa,

ujung atasnya tertutup sedangkan ujung bawahnya terbuka dan berdiri pada suatu bak yang berisi

air raksa pula. Ruang di atas air raksa merupakan ruang hampa.

Prinsip Kerja :

Salah satu ujung dari tabung air raksa itu dibiarkan terbuka untuk mendapatkan

tekanan dari atmosfir, yang mendorong air raksa di dalam tabung. Jika tekanan di luar

bertambah, maka akan menekan air raksa yang ada di dalam tabung untuk bergerak ke atas,

kebalikannya kalau tekanan berkurang maka permukaan air raksa dalam tabung akan turun.

Ketinggian air raksa dalam tabung menjadi tolok ukur tekanan atmosfir.

Penggunaan :

Barometer air raksa umumnya digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara

yang tinggi menandakan cuaca yang baik, sedangkan tekanan udara rendah menandakan

cuaca buruk dan kemungkinan ada hujan atau badai.

Kelebihan :

Merupakan pengukuran langsung sehingga tidak ada kalibrasi yang terlibat.

Lebih akurat daripada barometer aneroid.

Kekurangan :

Hanya dapat digunakan di lab atau stasiun pengamatan cuaca.

Tidak mudah dipindahkan.

Kurangnya portabilitas, mereka harus diangkut dengan hatihati, dan pencegahan harus

diambil untuk menghentikan tumpahan air raksa.

Sedikit sulit untuk dibaca.

2. Barometer Aneroid

Barometer aneroid menggunakan skala milibar (mb). “Aneroid" berarti "tanpa

cairan". Bagian yang terpenting dari alat ini adalah bejana tertutup yang sebagian udaranya

telah dikeluarkan yang disebut sel aneroid. Sel aneroid terbuat dari paduan berilium dan

tembaga. Pegas yang kuat berfungsi untuk mencegah sel aneroid roboh.

Prinsip Kerja:

Sel aneroid mengembang dan mengkerut karena perbedaan tekanan. Jika udara naik,

akan menekan sel aneroid dan sebaliknya jika tekanan udara turun, sel aneroid akan

mengembang. Sel aneroid ini menempel pada indikator tekanan melalui sambungan mekanis

untuk mendapatkan bacaan tekanan atmosfir sehingga gerakan penyusutan dan

pengembangan itu akan menggerakan jarum yang menunjukkan pada skala angka yang

menyatakan besarnya tekanan pada saat itu.

Prinsip kerja barometer aneroid

Penggunaan :

Umumnya digunakan sebagai sensor tekanan di pesawat. Jika ketinggian meningkat

maka tekanan akan berkurang, karena berat udara akan berkurang. Sebagai rata-rata setiap

kali ketinggian meningkat 1000 kaki maka tekanan atmosfir akan berkurang 1 in.Hg.

Pengurangan ini mempunyai pengaruh besar pada kinerja (performance) pesawat.

Kelebihan :

Mudah dibawa dan dapat dipindahkan tanpa masalah.

Lebih tahan lama.

Lebih mudah untuk dibaca.

Kekurangan :

Sambungan mekanis dari barometer aneroid menyebabkan akurasinya yang kurang

dibandingkan dengan barometer air raksa.

Instrumen lebih sensitif karena dalam barometer aneroid terdapat sedikit variasi.

C. MANOMETER

Manometer merupakan alat untuk mengukur tekanan udara tertutup. Pengukuran

tekanan berdasarkan pada perbedaan tekanan yang ditunjukkan dengan ketinggian fluida. Jenis

anometer adalah sebagai berikut :

1. Manometer Pipa-U

Sebuah manometer sederhana yang umum terdiri dari sebuah tabung berbentuk U

dari kaca diisi dengan cairan tertentu. Biasanya cairan merkuri karena kepadatan tinggi.

Pengamatan dapat dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran.

Manometer pipa-U biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi

(mendekati tekanan atmosfir).

Prinsip Kerja :

Manometer pipa U diisi cairan setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa)

dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang mungkin terjadi

karena atmosfir) diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan

memperlihatkan tekanan yang diterapkan.

Gambar a. Merupakan gambaran sederhana manometer tabung U yang diisi cairan setengahnya,

dengan kedua ujung tabung terbuka berisi cairan sama tinggi.

Gambar b. Bila tekanan positif diterapkan pada salah satu sisi kaki tabung, cairan ditekan

kebawah pada kaki tabung tersebut dan naik pada sisi tabung yang lainnya. Perbedaan pada

ketinggian, “h”, merupakan penjumlahan hasil pembacaan diatas dan dibawah angka nol yang

menunjukkan adanya tekanan.

Gambar c. Bila keadaan vakum diterapkan pada satu sisi kaki tabung, cairan akan meningkat

pada sisi tersebut dan cairan akan turun pada sisi lainnya. Perbedaan ketinggian “h” merupakan

hasil penjumlahan pembacaan diatas dan dibawah nol yang menunjukkan jumlah tekanan

vakum.

Perbedaan tekan di U-TUBE bisa dijelaskan sebagai berikut

Pa – P0= ρ g h

Pa = Tekanan yang akan diukur

P0 = Tekanan yang telah diketahui

ρ = Massa Jenis

g = percepatan Gravitasi

h = Perbedaan tinggi cairan

Penggunaan :

Manometer pipa U digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur

perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan, misalnya di saluran pembuangan gas atau

udara. Juga untuk pengukuran perbedaan tekanan pada pipa pitot dan orifice (air handling

and ventilation system).

Kelebihan :

Biaya murah.

Sederhana dan cukup baik.

Akurasi pengukuran tergantung pada presisi tinggi cairan.

Kekurangan ;

Respon lambat dan terjadi osilasi (variasi periodik - umumnya terhadap waktu - dari

suatu hasil pengukuran).

Tidak dapat digunakan untuk tekanan vakum.

Kontaminasi merkuri dan uap air dapat terjadi, terutama pada pengukuran tekanan

rendah.

Cairan dalam pipa-U tidak boleh ada interaksi dengan fluida yang diukur.

Kurang peka mendeteksi perbedaan tekanan yang sangat kecil.

Tidak dapat untuk mengukur tekanan yang sangat tinggi.

Contoh alat ukur ini adalah Akrilik U-tube manometer

Dibuat dari akrilik setebal 1 inci. Instrumen ini

digunakan untuk pengukuran tekanan positif, negatif

dan diferensial. Instrumen ini memberikan akurasi

maksimum untuk pengukuran tekanan di laboratorium

dan tanaman. Spesifikasi dari instrumen adalah sebagai

berikut:

Ranges : Antara 25-0-25 mm wc hingga 250-0-250 mm

wc

Akurasi : +2%

2. Manometer Cistern

Manometer Cistern adalah manometer pipa-U yang dimodifikasi untuk mengukur

tekanan yang sangat tinggi, salah satu kaki manometer pipa-U diganti dengan semacam

"sumur" (Well). Jadi, manometer ini sering juga disebut Well-type manometer. Karena luas

permukaan kaki yang dimodifikasi sangat besar dibanding kaki yang lain, maka perubahan

ketinggian pada kaki tersebut dapat diabaikan. Hal ini memudahkan pengukuran karena hanya

perubahan ketinggian pada satu kaki saja yang diukur, ini juga meminimalisasi kesalahan

pengukuran.

Prinsip Kerja :

Prinsip kerja manometer cistern sama dengan prinsip kerja manometer pipa-U.

Manometer cistern diisi cairan dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara

tekanan diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan memperlihatkan

tekanan yang diterapkan.

Penggunaan :

Untuk mengukur tekanan yang sangat tinggi yang tidak bisa diukur dengan manometer

pipa-U. Misalnya, untuk mengukur tekanan pompa yang bertekanan tinggi.

Kelebihan :

Mampu mengukur perbedaan tekanan yang cukup besar.

Kekurangan :

Tidak sensitif untuk perbedaan tekanan yang kecil.

3. Inclined Tube Manometer (Manometer Pipa Miring)

Manometer pipa-U kurang peka untuk mendeteksi perbedaan tekanan yang sangat

kecil, karena perbedaan ketinggian pada kedua kaki juga sangat kecil, maka manometer ini

dimodifikasi dengan cara memiringkan salah satu kaki pipa-U agar kenaikan tinggi cairan yang

kecil tetap dapat terlihat, dengan memiringkan salah satu kaki manometer pipa-U maka

panjang jarak yang ditempuh cairan semakin panjang dan memungkinkan penggunaan skala

yang teliti. Cairan yang digunakan pada manometer ini adalah 90-97% propilen glykol dan 310%

air, dengan tambahan zat pewarna.

Prinsip kerja :

Prinsip kerja manometer pipa miring sama dengan prinsip kerja manometer pipa-U.

Manometer pipa miring diisi cairan, dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa,

sementara tekanan diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan

memperlihatkan tekanan yang diterapkan.

Penggunaan :

Manometer ini bagus untuk pengukuran tekanan yang sangat rendah. Ideal untuk pekerjaan

umum pada AC dan ventilasi, memonitor pengotor pada penyaring udara, dan memonitor

laju alir dan kecepatan alir udara

Kelebihan :

Lebih sensitif dan akurat untuk perbedaan tekanan yang kecil.

Kekurangan :

Tidak mampu mengukur perbedaan tekanan yang cukup besar.

D. BELLOWS ELEMENT (ELEMEN PENGHEMBUS)

Bellows element adalah alat untuk mengukur tekanan rendah (absolute atau

relative), tekanan diferensial, tekanan vacuum sampai tekanan 0 – 400 psig. Bahan yang

digunakan untuk membuat elemen penghembus (bellows) adalah Kuningan, fosfor,

perunggu, Monel (berilium tembaga), dan stainless steel.

Prinsip Kerja :

Prinsip kerjanya didasarkan pada perubahan volume dari elemen bellows sehingga

diperoleh hubungan yang linear antara tekanan dan simpangan.

Penggunaan :

Bellows biasanya digunakan sebagai elemen penerima, pneumatic recorders,

indicators dan controllers serta unit diferensial pressure untuk pengukuran aliran (flow).

Ketelitian bellows elemen adalah ± ½ %.

Kelebihan :

Biaya pengadaan awal rendah.

Konstruksi kuat dan sederhana.

Dapat digunakan untuk tekanan rendah dan menengah.

Dapat digunakan untuk mengukur tekanan absolut, tekanan relatif

(gauge) dan tekanan diferensial.

Kekurangan :

Memerlukan kompensasi temperatur.

Tidak dapat digunakan untuk mengukur tekanan tinggi.

Tidak cocok untuk mengukur tekanan yang dinamis.

E. BOURDON TUBE PRESSURE GAUGE

Bourdon tube pressure gauge adalah alat pengukuran tekanan nonliquid. Bourdon

tube berbentuk tabung bulat lonjong dengan penampung serta terdiri dari pipa pendek

lengkung berongga dan salah satu ujungnya tertutup.

Prinsip Kerja :

Jika bourdon tubes diberikan tekanan maka ia akan cenderung untuk “menegang”.

Perubahan yang dihasilkan sebanding dengan besarnya tekanan yang diberikan. Perubahan

tekanan yang dideteksi oleh tabung Bourdon akan menyebabkan tabungnya bergerak.

Kemudian gerakan tabung tersebut ditransmisikan untuk menggerakkan jarum meter.

Biasanya skala meter tekanan ini dikalibrasi dalam beberapa ukuran antara

lain : psi, kPa, bar, kg/cm2.

Penggunaan :

Digunakan untuk mengukur tekanan fluida dalam pipa. Tekanan dalam pipa

menyebabkan pipa pada alat berubah bentuk. Bourdon tube ada tiga jenis, yaitu :

a. C-type Bourdon Tube

- Digunakan pada range 15 ~ 100.000 psig.

- Range akurasi ± 0.1 ~ ± 5 % span (span adalah jangkauan pengukuran sensor).

b. Spiral Bourdon Tube

- Digunakan pada range tekanan menengah.

- Tersedia dalam range hingga 100.000 psig.

- Range akurasi ± 0.5 % dari span.

c. Helical Bourdon Tube

- Digunakan pada range dari 100 ~ 80.000 psig.

- Range akurasi ± ½ ~ ± 1 % dari span.

Bourdon tube tipe C bourdon tube tipe Helix Bourdon Tube tipe spiral

Kelebihan :

Bersifat portabel (bisa dibawa ke mana-mana).

Ketelitian cukup tinggi.

Tidak mudah terpengaruh perubahan temperatur.

Baik dipakai untuk mengukur tekanan antara 30-100000 Psi.

Kekurangan :

Pengukuran terbatas pada tekanan statis.

Terpengaruh shock dan vibrasi.

Pada tekanan rendah 0-30 psi kurang sensitif dibanding bellows.

F. DIAPHRAGM PRESSURE GAUGE

Diaphragm pressure gauge menggunakan deformasi elastis dari suatu diafragma

(membran) untuk mengukur perbedaan tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan

referensi. Diafragma memiliki membrane fleksibel dengan dua sisi.

Prinsip Kerja :

Salah satu sisi diafragma terbuka pada tekanan eksternal target (PExt) dan sisi lain

dihubungkan dengan tekanan yang diketahui (P ref). Perbedaan tekanan (PExt – Pref) secara

mekanik akan mengubah diafragma.

Penggunaan :

Diaphragm pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan dengan range normal

dan vacuum hingga 200 psig. Misalnya, untuk memantau tekanan dari tabung gas, mengukur

tekanan atmosfer, dan mengukur tekanan vakum dalam pompa vakum.

Kelebihan :

Respon lebih cepat.

Akurasi tinggi yaitu sampai 0,5 % span.

Linieritas baik jika perubahan tekanan tidak lebih besar dari pada ketebalan diafragma.

Kekurangan :

Relatif mahal.

Gerakan atau stroke tidak sebesar bellows.

G. Sphygmomanometer

Sphygmomanometer adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur tekanan darah

yang bekerja secara manual saat memompa maupun mengurangi tekanan pada manset, dengan

sistem non-invasive. Nama lain Sphygmomanometer adalah tensi meter.

Komponen Alat sphygmomanometer tipe desk :

Manset

Bola Tensi

Slang/tubing

Tabung Skala

Air raksa

Prinsip Kerja

Alat ini dalam penggunaannya digabung dengan manset pneumatik letaknya sedikit

melingkar diatas lengan. Bagian manset dapat dipompa dengan pompa tangan kecil dengan cara

ditekan, di dalam sistem ditunjukan oleh pengukur tekanan gauge atau dengan beberapa model

lainnya seperti manometer air raksa. Manset dipompa dengan tekanan yang lebih besar dari

tekanan darah dalam pembuluh darah yang berhubungan dengan tangan. Tekanan ini

melemahkan arteri dan menghentikan aliran darah ke lengan. Tekanan di dalam manset perlahan-

lahan diturunkan dengan menggunakan katub buang aliran pada pompa tangan, suatu angka akan

diperoleh yakni saat tekanan manset dan tekanan tertinggi (tekanan pembuluh darah systilic)

adalah sama. Pada tekanan sedikit lebih rendah di bawah ukuran ini tekanan pembuluh darah

tertinggi melebihi tekanan manset dan darah dapat menyembur melalui bagian pembuluh darah

tangan yang ditekan. Penyemburan darah ini menghasilkan gerak putar dan arteri menimbulkan

bunyi yang dikenal sebagai suara “korotkoff” bunyi ini biasanya dideteksi dengan stetoskop yang

ditempatkan diatas pembuluh darah tangan. Tekanan didalam manset selanjutnya menurun, suara

korotkoff masih berlanjut hingga tercapai suatu angka hal mana tidak dihasilkan lagi gerak putar

lanjutan yakni tidak adaa penyempitan dalam pembuluh darah.

Jenis-jenis Sphygmomanometer

- Merccurial

- Aneroid

- Elektronik

- Automatik

Nova-presameter ® Desk model ABN Spectrum Aneroid Sphygmomanometer