2.1 Prinsip secara fisika
Udara adalah campuran gas dengan komposisi sebagai berikut:
- Kira-kira 78% nitrogen
- Kira-kira 21% oksigen
Udara ini juga mengandung karbon dioksida, argon, hidrogen, neon, helium, kripton dan xenon.
Untuk membantu Anda memahami sifat udara, variabel fisik yang digunakan dalam konteks ini tercantum di bawah ini. Semua spesifikasi dinyatakan dalam "Sistem Internasional (SI)" untuk satuan.
Variabel
|
Simbol
|
Satuan
|
Panjang
|
l
|
Meter (m)
|
Massa
|
m
|
Kilogram (kg)
|
Waktu
|
t
|
Detik (s)
|
Temperatur
|
T
|
Kelvin (K, 0°C = 273,15K)
|
Tabel 2.1 Satuan pokok
Variabel
|
Simbol
|
Satuan
|
Gaya
|
F
|
Newton (N)
|
Luas
|
A
|
Meter persegi (m²)
|
| Volume |
V
|
Meter kubik (m³)
|
Debit
|
qᵥ
|
Meter kubik per detik (m³/s)
|
| Tekanan |
p
|
Pascal (Pa)
1 Pa = 1 N/m² 1 Bar = 10⁵ Pa |
Tabel 2.2 Satuan turunan
2.1.1 Hukum Newton
Hukum Newton menjelaskan hubungan antara gaya, massa dan percepatan:
Gaya = Massa x Percepatan
F = m x a
Dalam kasus gerak jatuh bebas, "a" diganti dengan percepatan gravitasi g = 9,81 m/s².
2.1.2 Tekanan
1 Pa berkaitan dengan tekanan yang diberikan oleh gaya vertikal 1 N pada luas bidang 1 m².
Tekanan terhadap / di permukaan bumi disebut sebagai tekanan atmosfer (pamb). Tekanan ini disebut juga tekanan referensi. Rentang atas tekanan ini disebut kisaran tekanan lebih (pe > 0), sementara rentang di bawah tekanan ini disebut kisaran tekanan vakum (pe < 0). Perbedaan tekanan pe dihitung dengan rumus:
pe = pabs - pamb
Tekanan atmosfer tidak konstan. Nilainya berubah dengan letak geografis dan cuaca.
Tekanan absolut pabs adalah nilai yang mengacu pada tekanan nol (vakum). Tekanan ini sama dengan jumlah dari tekanan atmosfer dan tekanan lebih atau tekanan vakum. Alat ukur tekanan yang sering digunakan dalam praktek adalah alat yang hanya menampilkan nilai tekanan lebih pe. Nilai tekanan absolut pabs adalah sekitar 100 kPa (1 bar) lebih tinggi dari nilai tekanan lebih pe.
Dalam pneumatik, semua spesifikasi yang berkaitan dengan jumlah udara biasanya dirujuk pada apa yang disebut kondisi normal. Kondisi normal menurut DIN 1343 adalah kondisi bahan padat, cair, atau gas yang ditetapkan melalui temperatur dan tekanan standar.
2.2 Sifat udara
Udara ditandai dengan kohesi yang sangat rendah, yaitu gaya antara molekul-molekul udara dapat diabaikan dalam kondisi operasi biasa di pneumatik. Oleh karena itu, seperti semua gas lainnya, udara tidak memiliki bentuk tertentu. Udara dapat merubah bentuknya dengan penerapan gaya yang sangat kecil dan menempati ruang maksimum yang tersedia.
2.2.1 Hukum Boyle
Udara dapat dimampatkan dan juga dapat berekspansi. Hukum Boyle menggambarkan sifatnya sebagai berikut: volume dari sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanan absolut pada temperatur konstan; atau, dengan kata lain, hasil perkalian dari volume dan tekanan absolut adalah konstan untuk sejumlah tertentu dari gas.
p1 x V1 = p2 x V2 = p3 x V3 = konstan
Gambar 2.1 Hukum Boyle
Contoh perhitungan
Udara dimampatkan menjadi 1/7 dari volume awal pada tekanan atmosfer. Berapa tekanannya jika temperatur udara tetap konstan?
Diketahui spesifikasi:
p1 = pamb = 100 kPa = 1 bar
V2/V1 = 1/7
Ditanyakan:
p2 = ?
Solusi:
p2 = p1 x (V1/V2) = 100 kPa x (7/1) = 700 kPa absolut = 7 bar absolut
Ini berarti pe = pabs - pamb = 700 kPa - 100 kPa = 600 kPa = 6 bar
Sebuah kompresor yang menghasilkan tekanan lebih pe = 600 kPa memiliki rasio kompresi 7:1
2.2.2 Hukum Gay Lussac
Udara memperluas volumenya sebesar 1/273 pada tekanan konstan, temperatur 273 K dan kenaikan suhu 1 K. Hukum Gay Lussac menyatakan bahwa volume sejumlah tertentu gas berbanding lurus dengan temperatur absolut (dalam K) selama tekanan tidak berubah.
V1/T1 = V2/T2 = konstan, V1 = volume pada T1, V2 = volume pada T2
Perubahan volume ΔV adalah: ΔV = V2 - V1 = (V1/T1) x (T2 - T1)
Berikut ini juga berlaku untuk V2: V2 = V1 + ΔV = V1 + [(V1/T1) x (T2 - T1)]
Persamaan ini berlaku jika temperatur dinyatakan dalam K. Rumus berikut ini harus digunakan untuk mengkonversi ke °C:
V2 = V1 + [V1/(273°C + T1) x (T2 - T1)]
Contoh perhitungan
0,8 m3 udara dengan suhu T1 = 293 K (20°C) dipanaskan sampai T2 = 344 K (71°C). Berapa m3 udara berekspansi?
Diketahui:
V1 = 0,8 m3
T1 = 293 K (20 °C)
T2 = 344 K (71 °C)
Ditanyakan:
ΔV = ?
Solusi:
ΔV = (0,8 m3/293 K) x (344 K -293 K) = 0,14 m3
Udara berekspansi sebesar 0,14 m3.
Jika volume dijaga konstan selama proses pemanasan, peningkatan tekanan dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:
p1/T1 = p2/T2 = konstan
2.2.3 Persamaan gas umum
Persamaan gas umum memenuhi semua hukum.
(p1 x V1)/T1 = (p2 x V2)/T2 = konstan
Dengan sejumlah tertentu dari gas, hasil kali tekanan dan volume dibagi dengan temperatur absolut adalah konstan. Hukum-hukum yang telah disebutkan di atas dapat diturunkan dari hukum gas umum ini, ketika salah satu dari ketiga faktor p, V atau T dipertahankan konstan.
Tekanan p konstan → perubahan isobarik
Volume V konstan → perubahan isokorik
Temperatur T konstan → perubahan isotermik
pe = pabs - pamb
Tekanan atmosfer tidak konstan. Nilainya berubah dengan letak geografis dan cuaca.
Tekanan absolut pabs adalah nilai yang mengacu pada tekanan nol (vakum). Tekanan ini sama dengan jumlah dari tekanan atmosfer dan tekanan lebih atau tekanan vakum. Alat ukur tekanan yang sering digunakan dalam praktek adalah alat yang hanya menampilkan nilai tekanan lebih pe. Nilai tekanan absolut pabs adalah sekitar 100 kPa (1 bar) lebih tinggi dari nilai tekanan lebih pe.
Dalam pneumatik, semua spesifikasi yang berkaitan dengan jumlah udara biasanya dirujuk pada apa yang disebut kondisi normal. Kondisi normal menurut DIN 1343 adalah kondisi bahan padat, cair, atau gas yang ditetapkan melalui temperatur dan tekanan standar.
- Temperatur standar Tn = 273,15 K, tn = 0°C
- Tekanan standar pn = 101,325 Pa = 1,01325 bar
2.2 Sifat udara
Udara ditandai dengan kohesi yang sangat rendah, yaitu gaya antara molekul-molekul udara dapat diabaikan dalam kondisi operasi biasa di pneumatik. Oleh karena itu, seperti semua gas lainnya, udara tidak memiliki bentuk tertentu. Udara dapat merubah bentuknya dengan penerapan gaya yang sangat kecil dan menempati ruang maksimum yang tersedia.
2.2.1 Hukum Boyle
Udara dapat dimampatkan dan juga dapat berekspansi. Hukum Boyle menggambarkan sifatnya sebagai berikut: volume dari sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanan absolut pada temperatur konstan; atau, dengan kata lain, hasil perkalian dari volume dan tekanan absolut adalah konstan untuk sejumlah tertentu dari gas.
p1 x V1 = p2 x V2 = p3 x V3 = konstan
Gambar 2.1 Hukum Boyle
Contoh perhitungan
Udara dimampatkan menjadi 1/7 dari volume awal pada tekanan atmosfer. Berapa tekanannya jika temperatur udara tetap konstan?
Diketahui spesifikasi:
p1 = pamb = 100 kPa = 1 bar
V2/V1 = 1/7
Ditanyakan:
p2 = ?
Solusi:
p2 = p1 x (V1/V2) = 100 kPa x (7/1) = 700 kPa absolut = 7 bar absolut
Ini berarti pe = pabs - pamb = 700 kPa - 100 kPa = 600 kPa = 6 bar
Sebuah kompresor yang menghasilkan tekanan lebih pe = 600 kPa memiliki rasio kompresi 7:1
2.2.2 Hukum Gay Lussac
Udara memperluas volumenya sebesar 1/273 pada tekanan konstan, temperatur 273 K dan kenaikan suhu 1 K. Hukum Gay Lussac menyatakan bahwa volume sejumlah tertentu gas berbanding lurus dengan temperatur absolut (dalam K) selama tekanan tidak berubah.
V1/T1 = V2/T2 = konstan, V1 = volume pada T1, V2 = volume pada T2
Perubahan volume ΔV adalah: ΔV = V2 - V1 = (V1/T1) x (T2 - T1)
Berikut ini juga berlaku untuk V2: V2 = V1 + ΔV = V1 + [(V1/T1) x (T2 - T1)]
Persamaan ini berlaku jika temperatur dinyatakan dalam K. Rumus berikut ini harus digunakan untuk mengkonversi ke °C:
V2 = V1 + [V1/(273°C + T1) x (T2 - T1)]
Contoh perhitungan
0,8 m3 udara dengan suhu T1 = 293 K (20°C) dipanaskan sampai T2 = 344 K (71°C). Berapa m3 udara berekspansi?
Diketahui:
V1 = 0,8 m3
T1 = 293 K (20 °C)
T2 = 344 K (71 °C)
Ditanyakan:
ΔV = ?
Solusi:
ΔV = (0,8 m3/293 K) x (344 K -293 K) = 0,14 m3
Udara berekspansi sebesar 0,14 m3.
Jika volume dijaga konstan selama proses pemanasan, peningkatan tekanan dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:
p1/T1 = p2/T2 = konstan
2.2.3 Persamaan gas umum
Persamaan gas umum memenuhi semua hukum.
(p1 x V1)/T1 = (p2 x V2)/T2 = konstan
Dengan sejumlah tertentu dari gas, hasil kali tekanan dan volume dibagi dengan temperatur absolut adalah konstan. Hukum-hukum yang telah disebutkan di atas dapat diturunkan dari hukum gas umum ini, ketika salah satu dari ketiga faktor p, V atau T dipertahankan konstan.
Tekanan p konstan → perubahan isobarik
Volume V konstan → perubahan isokorik
Temperatur T konstan → perubahan isotermik
No comments:
Post a Comment