Catatan:
Karangan ini merupakan penyatuan dari karangan yang sama yang di posting dalam beberapa kali posting terpisah selama tahun 2009. Hal ini untuk memudahkan pembaca agar untuk judul yang sama, tidak perlu dibuka beberapa kali seperti sebelumnya.
Untuk menjaga keaslian posting awal, posting yang terpisah-pisah terdahulu tidak di delete.
Kata PengantarDalam kehidupan sehari-hari, baik dalam lingkungan pendidikan, dalam lingkungan pekerjaan teknik dan bisnis maupun dalam interaksi antar masyarakat, orang sering lupa tentang satuan-ukuran dan dimensi. Padahal kekeliruan dalam menyebutkan atau menuliskan satuan maupun dimensi dapat menimbulkan kesalahan dalam perhitungan teknik maupun bisnis. Kadangkala kekeliruan ini timbul karena kerancuan berfikir akibat kurangnya pemahaman tentang satuan dan dimensi. Sering masyarakat umum tidak cermat dengan istilah-istilah yang dipakai menyangkut satuan ukuran dalam penetapan harga jual suatu produk dalam bidang agraria dan pertanahan, energy, barang tambang, cairan kimia dan sebagainya.
Berdasarkan pengamatan penulis, kekurang-fahaman tentang satuan-ukuran dan dimensi ini bukan hanya dialami oleh masyarakat umum, tetapi oleh hampir semua tingkatan pendidikan masyarakat. Banyak lulusan Sekolah Menengah, bahkan banyak lulusan Perguruan Tinggi Teknik yang belum faham satuan-ukuran dan dimensi secara umum. Kenyataannya di setiap buku pendidikan ilmu dasar seperti fisika dan kimia, baik untuk Sekolah Menengah maupun Pendidikan Tinggi selalu ada uraian tentang satuan dan dimensi.
Salah satu penyebab kurangnya pemahaman tentang satuan dan dimensi ini terletak pada ketiadaan buku pelajaran khusus yang membahas satuan dan dimensi secara terpadu baik dalam suatu disiplin ilmu apalagi antar disiplin yang masih berkaitan. Buku-buku ilmu dasar pada mata pelajaran fisika baik untuk Sekolah Menengah maupun Pendidikan Tinggi selalu menerangkan satuan dan dimensi secara umum namun tidak berkesinambungan dengan ilmu terkait sehingga gampang terlupakan. Pembahasan lebih terpusat pada menurunkan dan menampilkan formula-formula matematika dan bentuk diferensial-integral, meminimumkan uraian tentang satuan, dan terkadang hanya menyisipkan satuan dalam bentuk tabel di appendix buku. Selain itu buku pelajaran hanya hanya memberikan nilai satuan Sistim Internasional (SI), sedang dalam sehari-hari, sistim diluar SI masih sangat banyak dipakai dan akan sangat lama untuk hilang sama sekali. Berbagai jenis satuan antar disiplin ilmu sering dipergunakan, baik dalam perdagangan maupun dalam perhitungan teknik.
Ilustrasi berikut berikut menggambarkan pola pikir yang tidak konsiten, membingungkan, tidak taat azas dan kadangkala terasa lucu, walau tidak seluruhnya salah, namun tidak informatif:
"Harga jual gas alam dari lapangan Natuna disepakati US$ 3.00 per MMBtu", pernyataan seorang Pejabat dalam suatu berita media. Komentar (Pen.) : Cara penulisan satuan keliru!
"Produksi minyak (mentah-Pen.) kita kurang dari 1 juta barrel sehari, padahal kita mengimpor BBM rata-rata lebih dari 150.000 kiloliter per hari", pernyataan seorang Pejabat Tinggi dalam suatu acara TV. Komentar (Pen.) : Satuan-satuan dinyatakan tidak konsisten, membingungkan kecuali untuk orang yang mengerti dan kebetulan sedang memegang kalkulator, tidak informatif.
Dan sangat banyak tulisan di media cetak, termasuk uraian dalam berita TV yang salah dalam menyatakan satuan, misalnya dipakai satuan panjang untuk ukuran luas, satuan luas untuk ukuran volume, satuan gaya untuk tekanan dan sebagainya.
Tulisan ini dibuat untuk membantu pemahaman bagi mereka yang bekerja dalam bidang teknik, perdagangan dan industri, dan juga untuk membantu pelajar, mahasiswa maupun masyrakat umum yang berminat untuk mengerti arti dan fungsi dari satuan dan dimensi. Penulis ingin menjelaskan secara sistematis dasar-dasar terciptanya satuan dan dimensi, hubungan satuan teknik dengan satuan fisika, Sistim Satuan Internasional dan Sistim Satuan Inggeris/USA.
Tulisan ini akan dibuat secara bersambung dalam kategori Teknik dan Sains dalam blog ini.
I. Pendahuluan1.1 Angka Bilangan dan Angka SatuanAngka bilangan adalah besaran nilai sesuatu yang hanya ditunjukkan oleh suatu angka tanpa satuan dibelakangnya. Contohnya 2, 13, 70, 13500, dan sebagainya. Nilai tersebut tidak menggambarkan fisik sesuatu, hanya sekadar alat menghitung (“numerical value”) dalam ilmu hitung (Arithmatika), Aljabar ataupun Matematika.
Angka satuan adalah besaran nilai sesuatu yang sekaligus menunjukkan jenis fisik dari sesuatu. Misalnya 7 buah, 18 lembar, 25 liter, 100 watt dan sebagainya. Satuan buah, lembar, helai dan sejenisnya tidak dapat dibuatkan standar secara internasional oleh karena penyebutannya tergantung jenis barang yang dapat berbeda. Misalnya 7 buah meja, 5 buah jambu, 18 lembar kain, 18 lembar rambut . Lain halnya dengan liter, watt, meter dan sejenisnya, secara umum satuan-satuan tersebut sama dimana saja. Satuan-satuan jenis terakhir inilah yang akan dijelaskan dalam uraian-uraian selanjutnya.
1.2. Satuan Skalar dan VektorAngka satuan skalar adalah angka satuan yang tidak menunjukkan arah misalnya satuan panjang (meter, kilometer, mil, dan sejenisnya), satuan luas (meter persegi, hektar dan sejenisnya), satuan waktu (detik, jam, hari dansejenisnya), satuan massa dan lain-lain.
Angka satuan vektor adalah angka satuan yang selalu menuju suatu arah, misalnya satuan gaya (newton, dyne, kilogramgaya dan sejenisnya), satuan kecepatan (meter per detik, kilometer per jam dan sejenisnya) dan sebagainya. Tanpa ditentukan arahnya misalnya keatas kebawah kesamping kedepan ke utara ke timur kekanan kekiri dan sebagainya maka satuan-satuan tersebut tidak bermakna kwalitatif.
Walaupun pembahasan vektor dan skalar tidak dibicarakan lebih luas namun disini akan dibahas hal-hal yang berhubungan dengan satuan, baik yang skalar maupun yang vektor.
1
.3. Bahasa yang dipakaiSecara internasional nama-nama satuan dan singkatannya selalu ditulis dalam Bahasa Inggeris. Untuk membiasakan pembaca mengenal satuan dalam mempelajari buku-buku terbitan dalam maupun luar negeri, tulisan ini akan menggunakan istilah Bahasa Indonesia apabila ada kata yang tepat dan telah terbiasa dipakai, dan menggunakan Bahasa Inggeris apabila terjemahan yang tepat belum ada. Namun untuk singkatannya ditulis dalam bentuk aslinya - dalam bahasa Inggeris - kecuali untuk penjelasannya, dipakai Bahasa Indonesia. Misalnya, time ditulis waktu, detik akan ditulis detik atau second dan singkatannya selalu ditulis s; begitu pula, length ditulis panjang, sentimeter ditulis centimeter dengan singkatan cm dan sebagainya.
1.4 Satuan dan Asal Usul nyaUntuk menyamakan ukuran-ukuran tiap satuan, para ahli internasional bersepakat mendirikan suatu lembaga yang disebut Lembaga Berat dan Ukuran Internasional yang didirikan pada tahun 1875. Kemudian pada tahun 1889 untuk pertama kali diadakan Konferensi Internasional tentang Berat dan Ukuran (La Conference International des Poids et Measures disiingkat CIPM) di sebuah kota kecil dekat Paris, Perancis. Pada waktu itu disepakati bebagai satuan sebagai ukuran asli dan duplikat dari satuan disebarkan ke negara-negara lain . Pada saat itu teknologi belum berkembang seperti setelah tahun 1950 an, sehingga saat itu unit atau satuan dibuat atau didefinisikan secara sederhana sesuai teknologi jaman itu. Contoh-contoh seperti berikut :
Satuan panjang 1 meter semula didefinisikan sebagai jarak antara dua garis halus yang ditorehkan pada lempeng emas dekat ujung-ujung sebatang logam platinum-iridium dan selanjutnya disimpan di kota Paris. Duplikatnya dibuat dan disimpan di Amerika. dan negara-negara lain . Dalam perkembangan jaman, setelah berulang kali pertemuan akhirnya pada tahun 1960 didefinisikan 1 meter adalah 1650763,73 kali panjang gelombang cahaya radiasi “orange-red” dalam media vakum yang dipancarkan oleh isotop Krypton Kr86 . Kemudian pada CGPM (Conference Generale des Poids et Mesures) tahun 1983, 1 meter didefinisikan sebagai 1/299 792 458 kali jarak tempuh cahaya (dalam satuan meter) setiap detik didalam ruang hampa (vacuum). Singkatnya 1 meter adalah nilai satuan ukuran yang didefinisikan para ahli secara internasional.
Satuan waktu 1 detik (second) semula didefinisikan sebagai 1/86.400 hari, dimana satu hari adalah waktu rotasi bumi secara rata-rata. Dalam perkembangannya, pada tahun 1967 Lembaga tersebut diatas mendefinisikan 1 second adalah 9.192.631.770 kali periode frekuensi isotop Cs133. Seperti juga meter, 1 second adalah nilai satuan ukuran yang didefinisikan para ahli secara internasional.
Seperti akan dijelaskan pada Bab II dibawah, apabila satuan massa dan waktu telah didefinisikan maka satuan gaya akan sendirinya didapat; Sebaliknya apabila satuan gaya dan waktu telah didefinisikan, maka satuan massa akan otomatis didapat . Hal ini sesuai dengan hukum Newton ke dua yang nanti akan dijelaskan.
Pada saat awal pertemuan ahli tersebut diatas dibuat masing-masing definisi untuk massa dan gaya sehingga waktu itu dipakai dua sistim pendefinisian.
Untuk sistim yang mendefinisikan massa (M), panjang (L) dan waktu (T) disebut sebagai Sistim Dinamis atau MLT sedangkan untuk sistim yang mendefinisikan gaya (F), panjang (L) dan waktu (T) dinamakan Sistim Statis atau FLT.
Satuan massa 1 kilogram(massa) atau dingkat 1 kgm semula didefinisikan sebagai massa 1 decimeter-kubik (= 1 liter) air murni pada temperatur 4 derajad C. Karena kesulitan penyimpanan, dibuatlah massa yang sama berupa silinder platinum-iridium ditetapkan sebagai unit satuan 1 kilogram(massa) dan disimpan di Paris. Duplikatnya dibuat dan disimpan di negera-negara lain yang ditentukan.
Satuan gaya 1 kilogram(gaya) disingkat 1 kgforce atau 1 kgf semula didefinisikan sebagai gaya tarik bumi terhadap massa sebesar 1 kilogram(massa) yang berada di Paris pada ketinggian permukaan laut. Oleh karena 1 kgf didasarkan gaya tarik bumi sedangkan gaya tarik bumi terhadap massa yang sama relatif berbeda ditiap tempat dibumi, maka istilah gaya berat menjadi tidak dianggap ilmiah. Pada sistim yang mendefinisikan massa, misalnya 1 kgm akan tetap nilainya dimanapun di bumi bahkan di luar angkasa..
Dengan pertimbangan tersebut, pada pertemuan Lembaga tersebut diatas pada tahun 1971 ditetapkan Satuan Internasional yang mengadopsi Sistim Dinamis (MLT) Sejak itu buku-buku fisika secara umum dan sebagian buku-buku teknik tidak lagi memperkenalkan istilah Satuan Statis, dan mulai hilang pula ukuran gaya 1 kgf dari buku-buku pelajaran. Namun dalam sehari-hari diluar pelajaran Sains, ukuran berat/gaya kgf beserta turunannya seperti metrik ton, mgf dan sebagainya tetap dipakai misalnya dalam bidang teknik dan jual-beli komoditi Hal ini akan dibahas lagi pada bagian lain dari tulisan ini.
Istilah bahasa dan singkatan untuk perkalian desimal suatu nilai ( misalnya kilo, centi, hekto, mega, giga dan sebagainya), sering dipakai dalam berbagai bidang, sehingga perlu diingat baik dalam mempelajari bahasa teknik maupun dalam perdagangan. Oleh karena sering terjadi salah pengertian tentang arti singkatan karena terkadang ada lebih dari satu kepanjangan dari suatu singkatan, maka dalam Ketentuan Dasar Sistim Internasional ditetapkan hanya satu pengertian untuk setiap satu singkatan. Singkatan penamaan itu disebut sebagai SI Prefixes seperti dimuat dalam Tabel 8.1.3. pada Bab VIII. Hal ini juga untuk mencegah adanya pemakaian singkatan yang serupa dengan nama dari suatu satuan yang ditetapkan dalam S.I.
Catatan/Perhatian Untuk PembacaAsli tulisan ini dibuat memakai MS Word yang memiliki opsi penulisan dengan tanda pangkat, subscript, under-line dan formula matematika. Ternyata setelah di copy kedalam blogfile ini,
semua tanda pangkat dan subscript tertulis dalam satu garis rata, dan semua formula matematika menjadi hilang, sehingga secara teknis tulisan ini sebagian tak bisa dibaca.
Misalnya: A pangkat 2 tertulis A2, kilogram dengan subscript massa tertulis kilogrammassa.
Dan semua rumus matematika dalam tulisan ini bahkan hilang sama sekali.
Semula penulis berniat menghentikan tulisan ini selanjutnya, namun setelah ditelaah, tulisan ini
bila dibaca tanpa memperdulikan bentuk-bentuk pangkat, subscript dan rumus, essay-nya tetap bermanfaat bagi pembaca umum. Karena tujuan awal tulisan ini bukan hanya untuk akademisi tetapi juga untuk umum, bidang bisnis dan sebagainya, maka tulisan ini tetap dilanjutkan. Apabila cukup banyak pembaca yang menyatakan keinginan untuk mengetahui tulisan ini secara komplit, dalam waktu yang tidak begitu lama penulis berniat membuat tulisan ini menjadi buku elektronik, saat mana penulis akan menginformasikannya.
II. Satuan Sistim Dinamis dan Sistim Statis2.1. Lambang Dimensi SatuanSetiap satuan dalam bidang Sains dan Teknik dapat diberi lambang dimensi yang menggambarkan faktor-faktor pembentuk satuan tersebut. Lambang dimensi dipakai untuk mengontrol apakah satuan yang diberikan sesuai dengan hasil perhitungan hukum-hukum fisika dan teknik . Penjumlahan atau pengurangan dari suatu nilai hanya mungkin dilakukan atas nilai-nilai yang sejenis atau sama lambang dimensinya.
Sebagai pembanding sederhana, dapat dipakai contoh berikut :
7 ayam + 3 ayam = 10 ayam. Menggambarkan lambang dimensi nilai yang sama dapat dijumlah.
5 kambing – 3 ikan = ? Jelas tak mungkin, karena lambang dimensi masing-masing berbeda.
12 m2 + 25 m2 = 27 m2. Penjumlahan dimungkinkan karena berlambang dimensi sama.
3 kg + 20 m = ? Jelas tak mungkin karena lambang dimensi masing-masing berbeda.
3 m2 + 10 m = ? Jelas tidak mungkin, karena lambang dimensi masing-masing berbeda.
Dalam ilmu fisika, komponen awal pembentuk lambang dimensi satuan akan terdiri dari:
M (massa), L (panjang), dan T (waktu) untuk Sistim Dinamis/MLT.
F (gaya), L (panjang), dan T (waktu) untuk Sistim Statis/FLT.
Lambang F, M, L, dan T tersebut dipakai sebelum ketentuan Sistim Internasional direvisi pada Konferensi Lembaga Berat dan Ukuran Internasional pada tahun 1971. Lambang dimensi tidak termasuk dalam SI, karena SI hanya menetapkan lambang satuan dan singkatannya ditetapkan dengan satu atau dua huruf, baik huruf besar maupun huruf kecil. Dalam Sistim Internasional yang dijelaskan pada Bab tersendiri, ditetapkan lambang satuan untuk tujuh satuan dasar yang disepakati didefinisikan yaitu kg (massa-kilogram), m (panjang-meter), s (waktu-detik/second), A ( arus listik-ampere ), cd ( intensitas penerangan-candela ), mol ( jumlah zat ), dan T ( temperatur-derajat K ). Untuk sementara sampai pada bagian yang membicarakannya, satuan-satuan SI tersebut belum dibahas. Satuan yang memakai sistim lama dibicarakan lebih dahulu sehingga istilah lambang dimensi tetap dipakai dalam bentuk formula, sedang lambang satuan dipakai sewaktu perhitungan nilai-nilai. Dengan cara itu, diharapkan sewaktu mempergunakan Sistim Internasional, pembaca sudah faham asal-usulnya, dan apabila suatu waktu menemukan sistim berbeda, tidak akan sulit memahaminya. Semua satuan lain dibentuk dari ikatan aljabar dari satuan-satuan yang didefinisikan itu, kombinasinya ataupun kombinasi dengan satuan yang belum tercakup di dalamnya. Penjelasan tentang hal ini diberikan pada Bab tersendiri.
.
2.2. Satuan Sistim Dinamis / MLTSistim Dinamis adalah sistim yang menetapkan satuan yang didefinisikan adalah massa (M), panjang (L) dan waktu (T)
Oleh karena yang didefinisikan adalah M, L, dan T, maka Sistim ini disebut sebagai Sistim MLT dan karena ukuran yang didefinisikan relatif besar maka sistim ini juga disebut sebagai
Sistim Dinamis Besar. Dalam pertemuan ahli-ahli di Lembaga Berat dan Ukuran Internasional yang ke 14 pada tahun 1971 ditetapkan
Sistim Satuan Internasinal disingkat
SI yang mengadopsi Sistim Dinamis Besar (MLT) namun dengan ketentuan lebih terperinci. Sistim Internasional (SI) ini berlaku hampir disemua Negara di dunia khususnya dalam bidang Sains, kecuali di Negara-negara tertentu. Pertemuan para ahli tersebut disebut
“La Conference Generale des Poids et Measures” disingkat CGPM atau dalam Bahasa Inggeris
“The General Conference of Weights and Measures”. Pertemuan-pertemuan para ahli tersebut selanjutnya dilakukan pada waktu yang dirasa perlu untuk mengaktualkan definisi satuan dan kebijakan lainnya, diantaranya menghasilkan perubahan pada tahun 1976, 1983 dan 1999.
Pada SistimDinamis Besar, didefinisikan massa 1 kg(massa) atau ditulis 1kgm = massa silinder platinum-iridium yang disimpan di Lembaga Ukuran dan Berat Internasional di Paris. Ditulis M = 1 kgm.
Satuan panjang didefinisikan 1 meter adalah 1/299 792 458 kali jarak tempuh cahaya (dalam satuan meter) setiap detik dalam ruang hampa (vacuum). L = 1 meter.
Satuan waktu didefinisikan 1 second = 9.192.631.770 kali periode frekuensi isotop Cs133 seperti ditulis pada Pasal 1.4 diatas. Ditulis t = 1 second
Seperti diketahui hukum Newton ke-dua adalah
F = M x a
dimana F = gaya, M = massa dan a = percepatan.
Dari pelajaran Mekanika, percepatan adalah jarak (dalam satuan panjang) / waktu pangkat dua, sehingga satuan a = 1 = 1 .
Maka didapat satu
satuan gaya dalam sistim MLT : F = 1 kgm .
Dengan demikian dapat ditulis
lambang dimensi gaya dalam Sistim Dinamis Besar (MLT) adalah
( ML/T2 ) atau
( MLT-2 ). Satuan ini disebut newton ( N ) sehingga
1 newton = 1 kgm .
Dapat diartikan, 1 newton adalah besarnya gaya yang memberikan percepatan 1m/s2 kepada massa sebesar 1 kgm.
Keputusan Lembaga Berat dan Ukuran Internasional tahun 1971 menetapkan 1 kgmass hanya ditulis 1 kg, sehingga dalam buku-buku Sains setiap penulisan kg mengacu pada kg(massa). Dengan demikian penulisan seperti kgmass atau kgm tidak ditemukan lagi pada buku-buku Sains terbitan baru.
Inilah yang menjadi kerancuan dalam praktek sehari-hari di perdagangan, dimana kg dapat diartikan mengacu pada kg(gaya), seperti akan dibahas pada Pasal 2.3 berikut, dan juga diingatkan pada Pasal 8.2.2 dari tulisan ini.
Perlu diingatkan, untuk sementara pembahasan ini belum mengacu pada Sistim Satuan Internasional 1971 dan seterusnya namun bila dirasa perlu, suatu penjelasan tentang perbedaannya langsung diberikan. Pendefinisian satuan telah disamakan dengan ketentuan terakhir, namun sistim yang diuraikan berikut ini masih memakai Sistim Dinamis Besar. Karena satuan-satuan yang didefinisikan adalah meter, kilogram dan second maka sistim ini disebut juga sebagai
Sistim MKS sebagai singkatan dari Meter, Kilogram dan Second. Sebagai bagian dari Sistim Dinamis ditetapkan pula Sistim Dinamis Kecil dengan satuan massa 1 grammass yang ditulis 1 gm, satuan panjang 1 centimeter(cm) dan satuan waktu 1 second. Oleh karena itu Sistim Dinamis Kecil disebut juga Sistim cgs , singkatan dari centimeter-gram-second.
Maka untuk
Sistim Dinamis Kecil,
satu satuan gaya adalah: F = 1 gm x cm/s2.
Satuan ini disebut dyne sehingga
1 dyne = 1 gm. .Dapat dihitung
1 newton = 1.000 gm x 100 cm/s2 = 100.000 dyne =
105 dyne.2.3. Satuan Sistim Statis/FLT Pada Sistim ini, satuan yang didefinisikan adalah gaya (F), panjang (L) dan waktu (T). Oleh karena itu sistim satuan ini disebut juga sebagai Sistim FLT. Walaupun dalam buku-buku Sains sistim ini sudah tidak digunakan, namun dalam perdagangan dan kehidupan sehari-hari, satuan ini beserta turunannya tetap dipakai di hampir seluruh dunia.
Didefinisikan gaya 1 kg (gaya) ditulis 1 kgf adalah gaya tarik bumi terhadap massa silinder platinum-iridium (yang disimpan) di Paris tersebut Pasal 1.4 diatas. Didefinisikan F = 1 kgforce atau 1 kgf. Oleh karena tidak mungkin mendapatkan ukuran pas 1 kgf dengan cara pengukuran berat silinder tersebut ditempat lain, maka ditetapkan nilai percepatan gaya tarik bumi g standard seperti di kota Paris yaitu 9,80665 m/s2 atau 980,665 cm/s2. Untuk membuat nilai 1 kgf menjadi standard, maka semua alat ukur yang dipakai dimanapun di bumi harus ditera secara teliti dari spesimen yang disimpan di Paris tersebut.
Didefinisikan panjang dan waktu sesuai dengan Sistim Satuan Dinamis
Didefinisikan L = 1 meter dan T = 1 second.
Dari hukum Newton ke-dua
F = M x a, artinya
M = F / aJadi satu
satuan massa dalam sistim FLT adalah :
M = 1 kgf- dan karenanya diberi lambang dimensi
(FT2/L) atau
( FT2L-1) .
Oleh karena satuan-satuan yang didefinisikan diatas relatif besar, maka sistim ini disebut sebagai
Sistim Statis Besar. Ditetapkan pula
Sistim Statis Kecil dengan satuan gaya 1 gram(gaya) ditulis 1 gf , satuan panjang 1 cm dan satuan waktu 1 second.
Maka untuk
Sistim Statis Kecil, satu satuan massa M = 1 gf- Satuan Massa Statis Besar disingkat disingkat SMSB, sedangkan Satuan Massa Statis Kecil disinkat SMSK.
Didapat 1 SMSB = 1.000 gf . s2/100 cm = 10 SMSK
Gaya tarik bumi terhadap massa silinder platinum-iridium tersebut diatas adalah1 kgf.
F = M x a dimana M adalah 1 kgmass dan a adalah percepatan gravitasi bumi g (di kota Paris)
sehingga
1 kgf = 1 kgmx g ( ) = g newton.
dimana gravitasi g dihitung dalam
meter per detik2.
Oleh karena di kota Paris g adalah 9,80665 m/s2 maka
1 kgf = 9,80665 newton (N)Begitu pula dihitung
1 gramforce = 1 gmx g ( ) = g dynedimana gravitasi g (di kota Paris) dihitung dalam cm per detik2.
Nilai g di kota Paris 980,665 cm/s2 , jadi
1 gramforce = 980,665 dyneJelas bahwa walaupun gravitasi di tiap tempat di muka bumi berbeda-beda, namun dengan definisi diatas 1 kgforce atau ditulis 1 kgf atau sering disebut 1 kilopond adalah tetap sebesar 9,80665 N, jadi berlaku diseluruh dunia sehingga 1 kgf di Paris sama dengan 1 kgf di Jakarta dan sebagainya.
Yang membuat kebanyakan orang bingung adalah, dalam praktek sehari-hari dan perdagangan, 1 kgforce atau 1 kgf hanya ditulis 1 kg, dan menjadi rancu dengan penulisan 1 kg dalam Sistim Internasional (MKS) diatas yang mengacu pada 1 kgmass. Oleh karena itu dianjurkan kepada pembaca tulisan ini untuk berhati-hati dalam memakai atau mengartikan 1 kg. Bila dalam perhitungan Sains, itu mengacu pada massa namun dalam sehari-hari dan perdagangan itu mengacu pada berat, yang berarti juga gaya (gaya tarik bumi terhadap massa).
2.4. Sebutan Sistim Metrik Pada akhir abad 18, sering dijumpai masing-masing Negara di Eropa memiliki satuan panjang, luas tanah dan berat berlainan di tiap Negara, bahkan ditiap wilayah dalam satu Negara. Pedagang, para Ahli dan orang terpelajar merasakan pentingnya kesamaan dalam menentukan ukuran. Salah satu ukuran yang disepakati beberapa Ahli adalah satuan panjang meter. Di Perancis walaupun resminya satuan ini diberlakukan tahun 1799, namun realitasnya yang umum adalah mulai tahun 1837. Baik Sistim Dinamis maupun Sistim Statis mempergunakan satuan meter dan memakai decimal untuk fraksi ataupun kalipatannya. Karena sifat ini dimiliki oleh satuan panjang “meter”, maka setiap satuan yang bersifat decimal diberi sebutan Satuan Metrik, sedang sistim yang memakainya disebut Sistim Metrik.
2.5. Sistim InggerisIdentik dengan sistim pada Pasal 2.1 dan 2.2 , Negara Inggeris dan beberapa negara “common-wealth” dan Amerika Serikat memakai sistim, baik FLT maupun MLT namun dengan nilai satuan yang berbeda. Walaupun pada prinsipnya Negara-negara tersebut menyetujui memakai sistim SI tahun 1971, namun agaknya memakan waktu yang masih lama untuk menerapkannya di Negara-negara tersebut. Misalnya pada perdagangan emas internasional, harga-harga satuan perdagangan masih ditetapkan menurut Satuan Inggeris troy-ounce (1 troy-ounce = 31,10348 gramf) atau dalam satuan Sistim Statis (FLT) gramf atau kgf. Alat ukur perdagangan umumnya adalah timbangan, jadi yang diukur adalah berat (satuan gaya), sedangkan alat ukur massa walaupun telah dibuat namun belum popular. Pengertian antara massa, gaya dan berat akan dibahas lebih jauh dalam Pasal tersendiri.
2.5.1 Sistim MLT-InggerisSatuan massa didefinisikan
1 lbmass ditulis lbm dibaca 1 pound massa.
Apabila dikonversikan
1 lbmass = 454 grammass.
Satu satuan panjang didefinisikan
1 ft dibaca 1 feet atau 1 kaki.
Dikonversikan
1 ft = 30,048 cm.
Satuan waktu didefinisikan 1 detik atau 1 second disingkat 1 s.
Didapatkan satuan gaya yang dihitung dengan Hukum Newton ke-dua yaitu 1 lbm-ft / s2 yaitu gaya yang memberikan percepatan sebesar 1 ft/s2 kepada massa sebesar 1 lbm. Satuan gaya ini disebut poundal. Jadi
Gaya 1 poundal = 1 lbm.ft /s2Perlu diingat bahwa satuan Inggeris memakai kelipatan 12 , bukan puluhan seperti :
1 ft = 12 inch dengan konversi 1 inch = 254 mm (millimeter) atau = 2,54 cm
2.5.2 Sistim FLT –InggerisSatuan gaya didefinisikan 1 lbforce atau 1 lbgaya ditulis 1 lbf dibaca 1 pound gaya adalah gaya tarik bumi terhadap massa 1 lbmass di kota London
Oleh karena gravitasi di London adalah 386,22 ft/s2, maka sesuai penjelasan diatas didapat 1
lbforce = 386,22 poundalsUntuk penyesuaian dengan satuan lain, dikonversikan 1 lbf = 454 gramf
Satuan panjang dan satuan waktu sama dengan Sistim MLT diatas yakni masing-masing 1 ft untuk satuan panjang dan 1 second untuk satuan waktu.
Maka satuan massa dalam sistim ini dihitung dengan Hukum Newton ke-dua yaitu 1 lbforce.s2/ft dan ini disebut pula slug. Jadi
Massa 1 slug = 1 lbf.s2 / ftSebagian besar Negara di dunia sudah tidak memakai Sistim Inggeris namun produk-produk buatan Inggeris, Amerika Serikat dan negara-negara “common-wealth” masih memakai sistim ini, sehingga masih perlu pengetahuan tentang sistim ini agar konversi antar sistim lebih mudah dilaksanakan dan difahami. Buku-buku Amerika sampai saat ini masih menulis satuan-satuan dalam dua sistim yaitu SI dan Inggeris.
Suatu turunan dari satuan lbf yang disebut ounce bahkan sampai sekarang dipakai dalam perdagangan internasional.
Ada tiga macam penamaan ounce, yaitu 1 ounce avoirdupois (traditional) = 1/16 lb = 28,3495 gram, 1 troy-ounce (dipakai untuk logam mulia emas/perak) dan 1 ounce apothecary. Berbeda dengan 1 lb traditional ( kira-kira = 454 gram), 1 lb apothecary = 373,2417 gram. Besaran 1 troy-ounce = 1 ounce apothecary = 1/12 lb apothecary = 31,10348 gram. Berdasarkan Satuan Internasional (SI) tahun 1971 ukuran jumlah suatu bahan adalah jumlah massa, walaupun sehari-hari ditakar pakai timbangan. Bentuk satuan berat atau force dihapus, sehingga satuan dianggap massa dan
1 lbapothecary dikonversi menjadi = 373,2417 gram (massa) maka:
1 troy ounce = 31,10348 gram (massa)Untuk diketahui, kata ounce berasal dari bahasa Latin uncia , yang berarti 1/12 bagian, karena 1 pound Romawi terdiri dari 12 uncia. Kata inchi juga berasal dari akar kata yang sama yang berarti 1/12 foot.
Kebanyakan buku-buku Amerika sampai saat ini masih menulis satuan-satuan dalam dua sistim yaitu SI dan Inggeris.
Misalnya : Massa ditulis …. kg (….lbmass) atau (….slug)
Gaya ditulis …. N (… poundal) atau (….pound force)
Juga misalnya ….m (….ft) dan ….m2 (….ft2)
Uraian selanjutnya dalam buku ini akan tetap menjelaskan kedua sistim ini, baik Sistim Metrik (MKS-cgs-Statis Besar-Statis Kecil) maupun Sistim Inggeris (MLT – FLT).
2.5.3. Satuan Inggeris SpesifikBeberapa ukuran yang dipakai di Inggeris, Amerika Serikat dan beberapa Negara common-wealth tidak bersangkut paut secara langsung dengan satuan lb (pound), feet (ft) dan second.(s). Jenis ukuran yang masih terpakai sampai saat ini seperti barrel, pint, quarts, dan lain-lainnya akan dicantumkan dalam tabel konversi yaitu Tabel 8.3.6 pada Bab terakhir tulisan ini.
Catatan: Untuk Pasal ini perlu diingatkan catatan pada Pasal II tulisan ini.III. Pengertian Satuan Panjang, Bidang dan Ruang
Satu hal yang perlu difahami, bahwa maksud perkataan “ruang” pada judul ini adalah ruang berdimensi tiga. Namun dalam pembicaraan lain, suatu ruang bisa saja berdimensi 1, 2, 3, 4, bahkan tak terbatas, bila ditinjau dari segi ilmiah.
Bab III ini dan Bab selanjutnya membicarakan satuan yang belum berdasarkan Satuan Sistim Internasional yang paling baru (Bab VIII). Seperti dijelaskan pada Kata Pengantar, hal ini justru untuk pembanding dan pengayaan pengetahuan.3.1. Satuan Panjang ( L )
Potongan garis lurus yang menghubungkan dua buah titik disebut jarak. Besarnya jarak diukur berdasarkan satuan panjang. Lambang dimensi satuan panjang menggambarkan ruang berdimensi 1, ditunjukkan oleh huruf L (pangkat 1). Ada beberapa macam satuan panjang, diantaranya:
Satuan Panjang MetrikSatuan panjang ini dipakai secara umum karena mudah dipahami. Walaupun asal usul dasar satuan ini agak rumit seperti disebutkan pada Pasal 1.3 diatas, namun masyarakat pada jaman sekarang tidak perlu pusing akan asal-usul tersebut karena yang penting paham arti satuan panjang ini. Satuan ini disebut satuan panjang metrik karena memakai dasar satuan panjang “meter”dan kelipatan puluhan atau desimal. Kalipatan ataupun fraksi dalam sistim ini adalah berdasarkan satuan meter . Keuntungan dari sistim ini adalah bilangan kalipatan ataupun bagiannya selalu dalam puluhan atau persepuluhan. Sistim Metrik ini berlaku baik untuk Sistim Dinamis maupun Sistim Statis.
Dengan dasar 1 meter didapat nilai ukuran turunannya seperti nanometer (10-9 meter), micrometer (10-6 meter), millimeter-mm (10-3 atau 1/1000 meter), centimeter-cm (1/100 meter), desimeter-dm (1/10 meter), decameter-dam (10 meter), hektometer-hm ( 100 meter), kilometer-km (103 atau 1.000 meter), megameter (106 meter = 1.000 kilometer), gigameter (109 meter atau 106 kilometer) Penyebutan istilah-istilah ini telah dijelaskan pada Pasal 1.4. dan diperinci pada Tabel 8.1.3.
Satuan Inggeris
Satuan panjang ini seperti ditulis pada Pasal 2.3 juga punya asal-usul yang tak perlu dikaji. Sebagai dasar ukuran ditentukan satuan “kaki” atau “feet” atau disingkat “ft”. Berbeda dengan sistim metric, kalipatan atau fraksi dalam sistim ini adalah tigaan, duabelasan atau per-duabelasan dan ada juga per-enambelasan.
Dengan dasar 1 ft, didapat nilai ukuran turunannya seperti inch (1/12 ft), yard (3 ft), mile (1.760 yards atau = 5.280 ft), nautical mile/mil-laut (2.027 yards atau 6.081 ft).
Untuk perbandingan dan pengetahuan pembaca diberikan sedikit konversi satuan ini ke dalam sistim metrik sebagai berikut :
1 inch = 2,54 cm
1 ft = 30,48 cm (= 0,3048 m)
1 yard = 91,44 cm (= 0,9144 m)
1 mile = 1.609 m (dibulatkan)
1 nautical mile (1 mil-laut) = 1.853 m (dibulatkan)
Satuan Khusus Fisika
Untuk keperluan ketepatan ukuran yang sangat kecil dalam ilmu-ilmu fisika, dipakai satuan panjang berdasarkan panjang gelombang sinar tertentu dari suatu isotop radoaktif. Isotop adalah bentuk elemen kimia dengan berat atom tertentu yang dilambangkan oleh nilai yang ditulis disamping atas suatu elemen. Misal Kr86 artinya elemen krypton dengan berat atom 86. Walaupun dasar ukuran meter terakhir ditetapkan berdasarkan kecepatan cahaya dalam ruang hampa cahaya, disini satuan khusus fisika tidak akan dibahas lagi karena tidak termasuk tujuan tulisan ini.
Satuan Khusus AstronomiJarak-jarak dalam ilmu Astronomi sangat jauh, karena yang ditelaah adalah jarak antar planet, jarak antar bintang dan jarak antar galaksi. Pemakaian ukuran jarak dalam satuan kilometer akan sangat sulit menuliskan angkanya. Jarak yang lumayan dekat secara astronomi misalnya jarak antara bumi dan matahari sekitar 150 juta (150.000.000) kilometer.
Untuk memudahkan penggambaran jarak antara benda benda astronomi di ruang angkasa dipakai jarak tempuh cahaya dalam satuan waktu, ditulis waktu tempuh cahaya.
Jarak tempuh cahaya dalam 1 detik lebih kurang 300.000 km, sehingga jarak bumi dan matahari sekitar 150.000.000 km/300.000 km/detik = 500 detik atau 8,33 menit waktu tempuh cahaya. Disingkat jarak bumi ke matahari sekitar 8,33 menit cahaya.
Jarak antara benda benda astronomi (benda langit) ditemukan ada yang 10 tahun cahaya, bahkan berjuta tahun cahaya. Jelas akan sulit dituliskan dalam kilometer atau mil.
Untuk selanjutnya satuan khusus astronomi ini tidak perlu dibahas lagi.
3.2. Satuan Luas ( L2 )
Untuk mengukur besarnya suatu bidang datar dipakai ukuran yang disebut luas.
Satuan luas ditetapkan berupa bujur sangkar yang masing-masing sisinya adalah sebesar satu satuan panjang. Lambang dimensi satuan luas menggambarkan ruang berdimensi 2, ditunjukkan oleh huruf L2 (L pangkat 2). Bila sisi-sisi suatu bujur sangkar adalah 1 meter maka luasnya adalah 1 m x 1 m = 1 m2, baca 1 meter bujur sangkar atau 1 meter persegi.
Angka 1 m2 adalah satuan luas dalam SistimDinamis Besar maupun Sistim Statis Besar.
Apabila misalnya kita mempunyai suatu bidang persegi panjang dengan lebar 3 m dan panjang 5 m, maka dengan sederhana bidang tersebut dapat dibagi menjadi 15 buah bujur sangkar dengan masing-masing sisinya 1 meter, jadi luasnya adalah 15 m2. Jadi luas dari persegi panjang adalah panjang x lebar yaitu 5m x 3m = 15m2. Luas dari bentuk-bentuk bidang yang lain dapat dihitung dengan cara sederhana atau tidak sederhana, akan tetapi selalu dihasilkan satuan dalam bentuk satuan panjang berpangkat dua, atau dengan perkataan lain setiap penulisan luas, harus dalam bentuk satuan panjang berpangkat dua, dan dibaca persegi. Karena itu luas diberi lambang L2.
Satuan Luas MetrikSatuan luas yang basis ukurannya berkalipatan puluhan atau persepuluhan atau desimal dan dengan ukuran dasar “meter” disebut satuan luas metrik. Ini mencakup Sistim Dinamis maupun Sistim Statis.
Berdasarkan penjelasan diatas, dari istilah yang disebut pada Pasal 1.4 dapat dimengerti:
1 m = 10 decimeter ditulis 10 dm, jadi 1m2 = 10 dm x 10 dm = 100 dm2
1 m = 100 cm, jadi 1 m2 = 100 cm x 100 cm = 10.000 cm2 (=104 cm2).
1 dam2 = 10 m x 10 m = 100 m2
Luas 1 dam2 atau 100 m2 disebut sebagai “are” .
1 hm2 = 100 m x 100 m = 10.000 m2. Jadi 1 hm2 = 100 dm2 = 100 are = 1 hektoare.
Besaran 1 hektoare disingkat 1 ha. Jadi 1 ha = 100 are = 10.000 m2.
Penyederhanaan bahasa menjadikan hektoare menjadi hektar dan dalam bahasa Inggeris disebut hectare.
1 km2 = 10 hm x 10 hm = 100 hm2. Jadi 1 km2 = 100 ha.
Ukuran hektar (ha) ini jarang digunakan di Amerika Serikat dan beberapa Negara Persemakmuran, mereka lebih memilih ukuran “acre”.
1 acre = 4840 yard persegi atau kira-kira = 4050 meter persegi
Satuan Luas InggerisKarena Sistim Satuan Inggeris tidak berkalipatan puluhan maka sistim ini tidak disebut metrik Secara identik dengan satuan metrik diperoleh satuan luas sistim ini 1 ft2 atau sering ditulis 1 sqft (square feet)..
1 ft2 = 12 inch x 12 inch = 144 inch2 atau ditulis 1 ft2 = 144 in2
1 yard2 ditulis 1 yd2 = 3 ft x 3 ft = 9 ft2.
Konversi ke sistim metrik dapat dilakukan sebagai berikut :
1 ft2 = 0,3048 m x 0,3048 m = 0,0929 m2. Atau 1m2 = 1 ft2/0,0929 = 10,7642 ft2.
3.3. Satuan Ruang atau Volume ( L3 ) Volume suatu ruang adalah bagian dalam dari ruang isi yang dibatasi oleh bidang yang mengurungnya. Satuan volume ditetapkan sebagai ruang isi dari suatu kubus yang masing masing siripnya berbentuk bujur sangkar dengan ukuran sisi masing masing satu satuan panjang. Lambang dimensi dari satuan volume menggambarkan ruang berdimensi 3, ditunjukkan oleh huruf L3 (L pangkat 3). Dalam Sistim Dinamis Besar atau Statis Besar, sisi-sisi dari bujur sangkar adalah 1 m, maka satuan volumenya adalah 1 m x 1 m x 1 m = 1 m3. Angka 1 m3 adalah satuan volume yang dibaca 1 meter kubik Apabila misalnya sebuah ruang berukuran panjang 6 m, lebar 4 m dan tingginya 3 m maka secara sederhana kita dapat membagi ruangan tersebut menjadi 72 buah kubus berukuran 1 m x 1 m x 1 m.
Jadi volume ruangan duhitung berdasarkan panjang x lebar x tinggi yang dalam contoh ini adalah 6 m x 4 m x 3 m = 72 m3. Volume dari suatu ruang dalam bentuk apapun yang dihitung selalu akan menghasilkan angka dalam satuan panjang berpangkat 3 dan karena itu diberi lambang L3 dibaca “kubik”.
Satuan Volume MetrikSatuan volume yang basis ukurannya berkalipatan puluhan atau persepuluhan atau decimal dan ukuran dasar “meter” disebut satuan volume metrik. Baik Sistim Dinamis maupun Sitim Statis merupakan Sistim Metrik . Sesuai istilah pada Pasal 1.4 didapat turunannya sebagai berikut :
1 m3 = 10 dm x 10 dm x 10 dm = 1.000 dm3. Karena 1 dm3 disebut 1 liter, jadi
1 m3 = 1.000 Liter ( = 103 Liter ).
Dengan cara yang sama didapatkan :
1 m3 = 1.000.000 cm3. 1 cm3 disebut 1 cc maka
1 m3 = 1.000.000 cc ( = 106 cc )
Juga 1 Liter = 1.000 cc maka 1 cc dapat juga disebut 1 mililiter disingkat 1 ml .
Satuan Volume Inggeris
Berbeda sengan sistim metrik , satuan volume sistim ini adalah 1 ft3 (= 1 cu-ft).
Sebagai turunannya didapat 1 ft3 = 1.728 in3 , ditulis 1 cu-ft = 1.728 cu-in.
Konversi ke dalam sistim metrik dapat dihitung sebagai berikut :
1 cu-ft = 0,3048 m x 0,3048 m x 0,3048 m = 0,0283 m3 (dibulatkan). Dapat ditulis
1 m3 = 35,33 cu-ft ( dibulatkan )
Diluar dari sistim volume yang berdasarkan ukuran feet dan inch, di Inggeris dan Amerika ada satuan gallon. Tanpa perlu dibahas asal usulnya, disini cukup diberikan konversinya kedalam sistim metrik. Perlu dibedakan Imperial gallon dan US gallon..
1 Imp.Gallon = 4.546 cc = 4,546 Liter
1 US Gallon = 3.785 cc = 3,785 Liter
Konversi kedalam Sistim Internasional lainnya diberikan pada Tabel 8.3.6.
IV. Kecepatan, Percepatan, Tekanan dan Kecepatan Aliran
4.1. Kecepatan ( L/T atau LT-1 )
Kecepatan adalah jarak yang ditempuh dalam satuan panjang setiap satuan waktu.
Ada dua macam kecepatan, kecepatan linear untuk gerak lurus dan kecepatan sudut untuk gerak melingkar.Pasal 4.1 Lambang dimensi kecepatan (linear) menggambarkan panjang per satuan waktu yaitu L/T atau LT-1. Satuan kecepatan dan percepatan sudut pada gerak melimgkar dibahas dalam Pasal 4.3.
Kecepatan dalam Sistim MetrikBeberapa satuan kecepatan dalam sistim metrik :
1 km/jam = 1.000 m/60 menit = 16,6666 m/menit
1 km/jam = 1.000 m/3.600 detik = 0,2777 m/detik
Satuan kecepatan lain merupakan turunan dari km/jam (km/hr) atau m/detik (m/s). Berdasarkan ketentuan SI tahun 1971, satuan kecepatan hanya m/s.
Kecepatan dalam Sistim Inggeris
Beberapa satuan kecepatan dalam Sistim Inggeris :
1 mile/hour(jam) disingkat
1 mph = 1.760 yd/60 menit = 29,3333 yd/menit
Juga 1 mph = 5.280 ft/3.600 sec = 1,4666 ft/sec atau
1,4666 fpsSatuan kecepatan lain dalam sistim ini merupakan turunan dari
mph atau
fps.
4.2. Percepatan ( L/T2 atau LT-2 )
Percepatan adalah pertambahan kecepatan setiap satuan waktu. Oleh karena kecepatan adalah L/T maka lambang dimensi percepatan adalah L/T/T yaitu L/T2 atau LT-2
Percepatan dalam Sistim MetrikBeberapa satuan percepatan dalam Sistim Metrik :
1 km/jam2 = 1.000 m/602 menit2 = 0,2777 m/menit2 = 0,2777 m/min.2
1 km/jam2 = 100.000 cm/3.6002 detik2 = 0,0077 cm/detik2 = 0,0077 cm/s.2
Satuan percepatan lainnya tetap merupakan turunan dari km/jam2 (km/hr2) atau meter/detik2 (m/s2). Ketentuan SI tahun 1971 menetapkan satuan percepatan hanya m/s2.
Percepatan dalam Sistim Inggeris
Beberapa satuan percepatan dalam Sistim Inggeris :
1 mile/s2 , 1 ft/s2 , 1 in/s2 dan sebagainya.
4.3. Sudut, Kecepatan Sudut dan Percepatan Sudut
Untuk keperluan pembahasan ini, sudut hanya diartikan sebagai ruang bidang datar yang dibatasi oleh pertemuan dua garis lurus yang tidak sejajar yang berada pada bidang datar, jadi tidak membicarakan sudut ruang (sudut tiga dimensi). Titik dimana dua garis yang tidak sejajar bertemu disebut titik sudut. Sudut yang terbentuk diukur dalam derajad sudut, yang besarnya antara 0 – 360 derajad. Sudut yang besarnya kurang dari 90o disebut sudut lancip, yang persis 90o dinamakan sudut siku-siku dan yang lebih besar dari 90o tapi kurang dari 180o disebut sudut tumpul. Sudut yang lebih besar dari 180o tidak diberi nama khusus. Setiap derajad sudut dapat dibagi menjadi 60 menit sudut, dan tiap menit sudut terdiri dari 60 detik (second) sudut.
Kecepatan sudut adalah besarnya sudut yang dibentuk suatu titik yang bergerak melingkar. Apabila untuk suatu gerak satu lingkaran penuh dibutuhkan waktu t detik, maka kecepatan sudut disebut 360o/t. Penyebutan derajad per detik tidak praktis, karena umumnya ukuran kecepatan sudut jauh lebih besar dari 360o . Maka untuk lebih praktis dipakai satuan radian dimana satu lingkaran atau 360o = 2 radian, dimana adalah bilangan sebesar (dibulatkan) 3,141 595.
Singkatan radian adalah rad, jadi satuan kecepatan sudut adalah 1 rad/second atau 1 rad/s. Misalnya, kecepatan 1 putaran per detik disebut 2 rad/s.
Sering kali kecepatan sudut dinyatakan dalam putaran/rotasi per menit (rpm), dan bila diubah menjadi satuan rad/s dihitung
1 rpm = 2 rad/60 sec0nd = rad/30 s.
Misalnya sebuah mesin berputar dengan kecepatan 1500 rpm, artinya = 50 rad/sec
Dengan pengertian bahwa percepatan sudut adalah pertambahan kecepatan sudut maka didapatkan satuan satuan percepatan sudut 1 rad/s2 .
4.4. Tekanan dan Tegangan (FL-2 atau ML-1t-2)
Apabila suatu gaya bekerja pada suatu bidang dengan luas tertentu maka terjadi tekanan atau tegangan. Jika arah gaya tegak lurus menuju bidang itu, terjadi “tekanan” dan apabila gaya tegak lurus mengarah keluar bidang akan terjadi “tegangan”.
Lambang dimensi dari tekanan maupun tegangan adalah sama yaitu besaran gaya dibagi luas bidang kerjanya. Untuk Sistim MLT (Sistim Dinamis), lambang dimensinya adalah MLT-2/L2 = ML-1T-2. Untuk Sistim FLT (Sistim Statis), lambangnya adalah F/L2 = FL-2.
Dalam Sistim MLT, satuan tekanan/tegangan adalah kgm/m.s2 atau = newton/m2. Satuan tekanan ini disebut pascal, disingkat Pa.
Jadi
1 Pa = 1 N/m2.
Dalam Sistim FLT/Statis, satuan tekanan adalah kggaya/m2 = 1 kgf/m2.
Oleh karena satuan 1 kgf/m2 terlalu kecil, dipakai satuan turunannya yang lebih besar yaitu 1 atmosfer teknik atau ditulis 1 atmtek = 1 kgf/cm2 = 104 kgf/m2 = 9.81 x 104 Pa. Angka ini dan angka-angka berikut adalah hasil pembulatan, untuk angka yang lebih tepat dapat dilihat pada Bab VIII.
Tekanan udara luar disepakati disebut 1 atm standard atau ditulis 1 atmstd = 1,0328 kgf/cm2 = 1,0328 x 104 x 9,81 N/m2 . Dapat ditulis
1 atmstd = 1,0132 x 105 Pa.
Dalam sehari-hari dipakai satuan yang bulat dan ditetapkan 1 bar = 105 Pa.
Dalam Sistim Inggeris-FLT, satuan tekanannya adalah lbf/ft2 dan lbf/in2 disingkat psi.
Apabila dikonversi, 1 lbf /ft2 = 47,88 Pa sedang 1 psi = 6,8947 x 103 Pa.
Dalam Sistim Inggeris-MLT, satuan tekanannya adalah poundal/ft2 (= lbm.ft/s2.ft2).
Dapat dikonversikan
1 poundal/ft2 = 1.4882 Pa .
4.5.Kecepatan Aliran (L3T-1 atau MT-1)
Ada beberapa macam jenis satuan kecepatan aliran, diantaranya kecepatan aliran dalam volume per satuan waktu, kecepatan aliran dalam massa per satuan waktu, kecepatan aliran energy atau panas per satuan waktu dan lain-lain. Dalam Pasal ini pembahasan hanya untuk dua jenis yang disebut pertama yaitu aliran dalam volume dan aliran massa per satuan waktu.Adapun aliran energy atau panas akan dibicarakan dalam Bab lain dari buku ini.
4.5.1. Kecepatan Aliran Volume (L3T-1)
Kecepatan aliran volume adalah adalah volume yang mengalir dalam satu satuan waktu. Lambang dimensi kecepatan aliran volume adalah L3/T = L3T-1
Beberapa satuan kecepatan aliran volume dalam dalam Sistim Dinamis Besar (MLT) dan Sistim Statis Besar (FLT) adalah :
1 m3/jam = 1.000 liter/3.600 detik = 0,2777 liter/detik = 277,7 ml/s..
Konversi ke Sistim Inggeris 1 m3/detik = 35,33 cuft/s atau
1 liter/s = 2,1198 cfm.
Beberapa satuan kecepatan aliran volume dalam Sistim Inggeris adalah :
1 cu-ft/min disingkat 1 cfm = 1.728 cu-in/60 second = 28,8 cu-in/s.
Bila dikonversi ke Sistim Metrik
1 cfm = 0,4727 liter/s
1 US Gallon / menit disebut 1 US GPM = 3,785 liter per menit
1 IMP Gallon / menit disebut 1 IMP GPM = 4,546 liter per menit
1 US Gallon / hari disingkat 1 US GPD
4.5.2. Kecepatan Aliran Massa (MT-1 atau FTL-1)Kecepatan aliran massa adalah massa yang mengalir dalam satu satuan waktu. Lambang dimensi kecepatan aliran massa dalam Sistim Dinamis adalah M/T = MT-1. Karena lambang dimensi massa untuk Sistim Statis adalah FT2L-1, maka lambang dimensi kecepatan aliran massa dalam Sistim Statis adalah FT2L-1 / T = FTL-1.
Beberapa satuan kecepatan aliran massa dalam Sistim Dinamis Besar adalah :
1 kgm/menit = 1.000 gm / 60 detik = 16,6666 gm/s.
Perlu diingat bahwa penulisan kgm dan gm diatas hanya untuk membedakan saja sebab secara internasional penulisannya hanya kg dan g untuk pernyataan massa.
Pada Sistim Inggeris dengan satuan MLT, satuan kecepatan aliran massa adalah 1 lbm/s. Untuk satuan FLT, satuan kecepatan aliran massa adalah 1 slug/s .
Satuan kecepatan aliran massa ini natinya dipakai dalam rumus-rumus yang berhubungan dengan perhitungan energy pada pasal-pasal lain nantinya.
V. Satuan Usaha/Energy, Daya/Power dan Elektromagnetik.
5.1. Satuan Usaha atau Kerja (FL atau ML2T-2).
Bila suatu gaya bekerja pada sebuah objek dan objek itu berpindah sejauh L selama gaya itu bekerja maka dikatakan gaya telah melakukan usaha atau kerja (“work”) sebesar gaya x L .
Pada Sistim Dinamis, dimensi gaya dapat dilambangkan oleh MLT-2 sehingga lambang dimensi usaha adalah MLT-2 x L = ML2T-2. ( Karena yang didefinisikan adalah massa, sedang gaya dihitung – lihat Pasal 2.2). Pada Sistim Statis, lambang dimensi usaha atau kerja adalah F x L = FL (Karena gaya didefinisikan dulu, sedang massa dihitung).
Satuan usaha/kerja dalam Sistim Dinamis Besar adalah satuan gaya x satuan jarak/panjang yaitu 1 newton x 1 meter = 1 newton-meter. Satuan ini disebut 1 joule disingkat J, artinya
1 joule(J ) = 1 newton-meter.
Untuk Sistim Dinamis Kecil - cgs, satuan usaha atau kerjanya adalah 1 dyne x 1 cm = 1 dyne-cm. Nilai ini disebut 1 erg. Jadi
1 erg = 1 dyne-cm.
Dapat dihitung 1 joule = 105 dyne x 100 cm = 107 erg.
Satuan usaha/kerja dalam Sistim Statis Besar adalah 1 kgf-meter = 1 kgf-m.
Walaupun dalam buku-buku sains Sistim Statis tidak dipakai, satuan usahanya atau disebut juga satuan kerja mekanisnya masih tetap dipakai dalam ilmu-ilmu teknik, dan kita akan membicarakannya lagi nanti.
Satuan usaha atau kerja dalam dalam Sistim Statis Kecil adalah 1 gf-cm.
Pada Sistim Inggeris, satuan usaha atau kerjanya juga dua macam yaitu untuk masing-masing Sistim MLT dan Sitim FLT.
Satuan usaha Sistim Inggeris – MLT adalah 1 poundal-ft, dan satuan usaha untuk Sistim Inggeris – FLT adalah 1 lbf-ft. Kedua satuan ini tetap dipakai sampai sekarang termasuk dalam buku-buku teknik, dan akan dibicarakan lagi nanti..
5.2. Satuan Daya (FLT-1 atau ML2T-3)
Daya atau “power” adalah besarnya usaha/kerja yang dilakukan dalam jangka waktu tertentu. Satu satuan daya adalah daya sebesar satu satuan usaha per satuan waktu. Lambang dimensi satuan daya untuk Sistim Statis/FLT adalah FL/T atau FLT-1, sedang lambang dimensi satuan daya untuk Sistim Dinamis/MLT adalah ML2T-2/T atau ML2T-3.
Dalam Sistim Dinamis Besar (MLT) satu satuan daya adalah 1 joule per second. Angka ini didefinisikan sebagai 1 watt, atau dengan perkataan lain
1 watt = 1 J/s.
Dalam Sistim Statis Besar, satuan daya adalah 1 kgf-m/s.
Dalam bidang teknik ditentukan besaran daya
1 Tenaga Kuda (HP) = 75 kgf-m/s.
Dari Pasal 2.3 diketahui 1 kgf = 9,806 65 N, maka:
1 HP = 75 x 9,806 65 N-m/ sec = 735,498 75 N-m/sec dibulatkan
1 HP = 736 watt.
Untuk Sistim Ingeris, ditentukan 1 HP = 550 lbf-ft/sec, dan dihitung:1 lbf = 0,454 kgf.
Bila dihitung kedalam satuan metrik maka 1 HP = 550 x 0,454(kgf/lbf) x 0,3048(m/ft) x 9,806 65 (N/kgf)/s = 746,370 N-m/s = 746,37 N-m/s dibulatkan 1 HP = 746 watt.
Besaran 1 HP yang berbeda-beda tersebut tetap dipergunakan tergantung sistimnya.
Bila memakai Sistim Statis 1 HP = 75 kgf-m/s = 736 watt, dan bila memakai Sistim Inggeris 1HP = 550 lbf/s = 746 watt .
Dalam Sistim Internasional (yang dibahas pada Bab khusus), kecendrungan memakai 1 HP = 746 watt namun istilah Tenaga Kuda (HP) tidak masuk dalam SI sebab HP adalah satuan teknik/engineering.
Untuk penyederhanaan, dalam bidang teknik sering dipakai nilai 1 HP = 750 watt.
Catatan :Lihat juga Tabel 8.3.6. (Faktor Konversi).
5.3. Satuan Tenaga atau Energy (FL atau ML2t-2).
Tenaga adalah hasil perkalian daya dengan waktu-pakai daya tersebut. Apabila misalnya suatu daya sebesar 1 watt dipakai selama 1 jam maka tenaga atau energy yang terpakai adalah 1 watt x 1 jam = 1 wattjam.disingkat 1 Wh. Apabila daya sebesar 1 kilowatt (= 1.000 watt) dipakai selama 1 jam maka tenaga/energy terpakai adalah 1 kilowattjam disingkat 1 kWh.
Maka 1 kWh disebut satuan tenaga/energy
Lambang dimensi tenaga/energy didapat dari hasil kali lambang dimensi daya dikalikan lambang dimensi waktu. Jadi untuk Sistim Statis lambang dimensi tenaga/energy adalah FL, dan untuk Sistim Dinamis lambang dimensi tenaga/energy adalah ML2T-2.
Itu berarti lambang dimensi satuan tenaga/energy adalah sama dengan lambang dimensi satuan usaha, jadi: Masing masing satuan usaha adalah sejenis dengan satuan tenaga/energy dan karenanya dapat saling dikonversikan. Contoh :
1 kWh = 1.000 Joule x 1 jam/detik = 3.600.000 Joule = 3.6 x 106 N-m.
Tenaga/energy yang dibicarakan diatas dihitung dari waktu pakai dari suatu daya, dan karenanya disebut sebagai tenaga/energy mekanis. Untuk penyederhanaan, dari beberapa jenis energy, satuan-satuan yang akan dibahas disamping satuan energy mekanis adalah satuan energy panas dan satuan energy listrik.
Kita akan membicarakan lagi dasar-dasar satuan enrgy panas dan listrik ini dalam pasal tersendiri dibawah ini.
5.3.1. Pengertian Panas
Ada dua kategori dalam membicarakan panas:
Hal yang berhubungan dengan kwalitas panas disebut temperatur, dan yang berhubungan dengan kwantitas panas disebut banyaknya panas atau energy panas.
Temperatur – Pada awalnya ada tiga macam skala untuk mengukur temperatur, yaitu skala Celsius, skala Fahrenheit dan Reamur. Skala Reamur sangat jarang digunakan dan karena itu tidak dibahas dalam tulisan ini.
Seorang bernama Celsius mengukur temperatur air yang hampir membeku dan memberi angka 0 pada thermometer. Kemudian diukur temperatur air yang sedang mendidih pada tekanan atmosfer, maka petunjuk pada thermometer diberi angka 100. Jarak antara titik 0 dan 100 dibagi rata dan diberi nilai 0, 1, 2, 3, dan seterusnya sampai 100. Skala dibagi rata karena thermometer yang dipakai adalah jenis air raksa, dimana pemuaiannya hampir sama pada setiap temperatur yang diukur.
Seorang bernama Fahrenheit melaukan hal yang sama, namun pada air yang sedang membeku diberinya nilai 32 dan pada air mendidih diberi nilai 212. Jarak antara 32 dan 212 dibagi rata dalam 180 bagian, dan diberi angka sesuai posisinya. Dengan skala yang sama, dibuat garis bagi kebawah sampai didapat nilai 0.
Dari penjelasan diatas diartikan 0oC sama dengan 32oF, dan skala 1 oF sama dengan 180/100 skala 1 oC atau skala 1 oF = 1,8 oC. Bila temperatur diberi lambang t maka dapat dirumuskan hubungan:
toF = (toCx1,8)+32 atau toC = (toF-32)/1,8
Seorang bernama Kelvin mengamati, terjadinya perubahan fasa dari gas menjadi cair adalah karena merapatnya molekul-molekul atau berkurangnya jarak getaran molekul suatu zat akibat turunnya temperatur. Begitu pula perubahan fasa dari cair menjadi padat adalah akibat berhentinya gerakan molekul sehingga makin rapat dan hanya bisa bergetar. Apabila temperatur diturunkan lagi getaran molekul makin lambat dan akhirnya berhenti sama sekali ketika temperature mencapai batas terendah. Kelvin menemukan bahwa semua zat di alam ini akan membeku dan semua molekulnya akan berhenti bergetar pada temperatur -273,15 oC. Temperatur tersebut dinamakannya 0 derajad mutlak atau 0 K. Dapat dipahami bahwa temperature Kelvin berhubungan dengan termodinamika, sehingga temperatur Kelvin disebut sebagai temperatur termodinamika. Skala yang dipakai Kelvin sama dengan skala yang dipakai Celsius, sehingga 0oC = 273,15 K dan 100oC = 373,15 K. Dengan demikian hubungan temperetur Kelvin dengan Celsius dapat ditulis:
tK = toC + 273,15 atau toC = tK – 273,15..
Hubungan temperature Kelvin dengan Fahrenheit terlihat dalam 373,15 K = 212oF , 273,15 K = 32 oF dan skala 1 K = 1 oF/1,8 sehingga dihitung:
tK = (toF + 459,67)/1.8
Seorang bernama Rankine membuat skala berdasarkan skala Fahrenheit, namun temperatur 0 oR dibuat sama dengan 0 K. Dengan demikian tititk didih air adalah 1,8 x 373,15 oR = 671,67 oR dan titik beku air 1,8 x 273,15 oR = 491,67 oR. Maka didapat hubungan temperatur Kelvin dan Rankine :
tK = toR/1,8
Lambang dimensi temperatur ditetapkan t dalam oC atau oF dan T dalam K.
Tenaga Panas - Telah dibuktikan bahwa salah satu jenis tenaga/energy adalah panas. Oleh karena itu ditetapkan suatu satuan untuk tenaga/energy panas, satuan mana dapat dikonversikan kedalam satuan tenaga mekanis.
Dalam Sistim Metrik, satuan banyak panasnya disebut 1 kalori disingkat kal atau cal.
Satu kalori adalah banyak panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 grammassa air sebesar 1 oC (Celsius) dari temperatur 14,5 oC ke 15,5 oC pada tekanan atmosfir.
Dari berbagai percobaan didapatkan bahwa ternyata banyak panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature air sebesar 1 oC relatif hampir sama disetiap temperatur, sehingga kata-kata “14,5 oC ke 15,5 oC” tidaklah terlalu berarti secara teknis.
Dalam Sistim Inggeris, satuan banyak panasnya disebut 1 British Thermal Unit (1 BTU).
Satu Btu adalah banyak panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 lbmassa air sebesar 1o F{Fahrenheit) dari temperatur 63o F ke 64o F pada tekanan atmosfir. Sesuai penjelasan diatas, secara teknis, batasan antara 63o F dan 64o F tidaklah terlalu berarti.
Dari percobaan-percobaan didapatkan konversi antar sesama tenaga panas dan antara tenaga panas dengan tenaga mekanis sebagai berikut (angka-angka dibulatkan):
1 kalori (kal) = 4,2 Joule = 4,2 N-m = 4,2 kgmassa-m/s2.
1 kilo kalori (kkal) = 1.000 kal = 4200 Joule.
1 Btu = 252 kal = 778 lbf-ft .Tenaga listrik1 kWh setara dengan tenaga panas 3,6 x 106 Joule = 857,1428 kkal = 3.401,3 BTU. Walaupun setara, SI menetapkan bahwa ukuran tenaga selain tenaga listrik tidak dibolehkan memakai satuan kWh. Satuan SI untuk tenaga/energy hanya Joule, kecuali untuk energy listrik boleh dalam kWh (Lihat Bab VIII).
5.3.2. Satuan Tenaga Panas dan Thermodinamika
Pengetahuan tentang energy panas/thermodinamika diperlukan tidak hanya dalam bidang teknik mekanika,kimia,fisika dan teknik lainnya namun juga dalam bidang perdagangan.
MMBTU, MBtu dan MJ/GJ – Untuk menentukan nilai jual bahan penghasil energy panas seperti bahan bakar minyak, gas dan batubara misalnya, harga sering dinyatakan dalam satuan US $ per MMBTU (Million British Thermal Unit). Cara penulisan MM ini sesungguhnya tidak tepat karena M diartikan ribu, dan MM diartikan juta, jadi singkatan tak sesuai dengan kepanjangannya. Karena itu Standar Internasional (SI) , menghapuskan cara penulisan seperti ini dan harus disesuaikan dengan “SI Prefixes” seperti dinyatakan dalam Tabel 8.1.3 namun sampai saat ini cara penulisan dalam perdagangan masih dipakai. Berdasarkan SI Prefixes, seharusnya M diartikan mega yang berarti juta, sehingga penulisan MMBTU seharusnya MBtu. Oleh karena satuan energy dalam SI adalah joule dengan singkatan J, maka seharusnya MBtu dikonversi kedalam MJ (mega joule) atau GJ (giga joule) dimana 1 MBtu = 1055,056 MJ = 1,055056 GJ.
Penentuan harga jual seperti itu didasarkan bahwa panas pembakaran (calorific value) dari bebagai jenis minyak, berbagai jenis gas maupun batubara karena masing-masing jenis tidak menghasilkan jumlah panas yang sama per satuan volume atau persatuan berat bahan yang dibakar.
Secara ringkas, berikut ini diberikan definisi-definisi dan beberapa pengertian:
Sifat/Property – Sifat atau property suatu zat adalah karakter yang dapat diamati dari suatu zat atau suatu system. Sejumlah jenis sifat yang “independent” menentukan keadaan atau state dari zat tersebut (padat, cair atau gas). Sifat thermodinamika yang umum adalah temperatur ( T ), tekanan ( P ), dan specific volume ( ) atau massa jenis ( ). Sebagai tambahan sifat termodinamika adalah internal energy ( u ), enthalpy ( h ), dan entropy ( s ). Sifat yang dimaksud disini adalah sifat inidividu zat, baik dalam proses fisika maupun bukan , namun tidak termasuk sifat yang berhubungan dengan proses kimia seperti pembakaran dan reaksi kimia lain.
Temperatur – Satuan temperatur sudah dijelaskan pada Pasal 5.3.1 diatas.
Tekanan – Telah dijelaskan pada Pasal 4.4 satuan tekanan pada Sistim FLT adalah kgf/m2 dan pada Sistim MLT adalah N/m2 (= pascal). Pada Sistim Inggeris – FLT, satuan tekanannya adalah lbf/ft2 dan pada Sistim Inggeris – MLT adalah poundal/ft2.
Panas - Panas adalah bentuk tenaga yang dapat dialirkan/dipindahkan dari suatu benda ke benda lainnya akibat perbedaan temperatur. Penambahan panas pada suatu bahan dapat menaikkan temperaturnya atau mengubah fasanya, misalnya mengubah air (fasa cair) menjadi uap (fasa gas).
Sebagai contoh proses penambahan panas, kita amati air dalam suatu wadah tertutup. Apabila air dipanaskan, panas yang diberikan akan menaikkan temperatur air, sampai pada temperatur dimana sebagian air mulai menguap (berubah menjadi fasa gas). Pada keadaan tersebut, yaitu pada saat adanya percampuran fasa cair (air) dengan fasa gas (uap), penambahan panas tidak akan menaikkan temperatur sampai seluruh air berubah menjadi uap. Jika seluruh air telah menjadi uap (fasa gas) dan pemanasan dilanjutkan maka barulah temperatur uap akan naik, dan uap tersebut disebut “superheated steam”. Keadaan dimana fasa cair berubah menjadi uap, disebut temperatur uap kenyang atau “saturated”. Temperatur uap kenyang ditentukan oleh tekanan pada permukaan air dalam wadah. Makin tinggi tekanan, makin tinggi temperatur uap kenyangnya..
Panas jenis / specific heat – Panas jenis suatu zat adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur satu satuan massa zat tersebut sebesar satu derajat. Dalam satuan MLT-cgs, massa adalah dalam gram-massa, temperatur dalam oC dan satuan panas adalah kalori, maka panas jenis air adalah 1 kal/g.oC. Begitu pula dalam satuan MLT- Inggeris, massa adalah dalam lb-massa, temperatur dalam oF dan satuan panas adalah Btu, maka panas jenis air adalah 1 Btu/lb.oF. Perlu diingat, nilai panas jenis suatu zat bervariasi, tergantung temperatur dan tekanan.
Specific volume – Specific volume ( ) dari suatu zat adalah volume yang dimiliki oleh satu satuan massa dari zat tersebut. Satuannya m3/kg atau dalam satuan Inggeris cu-ft/lb.
Internal energy – Internal energy ( u ) dari suatu zat adalah energy yang tersimpan dalam suatu zat yang disebabkan interaksi dari molekul-molekulnya. Satuan internal energy adalah satuan energy (panas) per satuan massa misalnya kal/g, atau k.kal/kg atau dalam satuan Inggeris Btu/lb.
Enthalpy – Enthalpy ( h ) adalah salah satu karakter suatu zat yang didefinisikan dengan formula h = u + P. . Mari kita telaah satuan P. dalam sistim FLT yaitu (kgf/m2) x (m3/kg) menjadi kgf.m/kg ternyata satuan energy per satuan massa. Bila dalam Sistim MLT, satuan P. adalah (N/m2) x (m3/kg) menjadi N.m/kg atau J/kg yang juga satuan energy per satuan massa. Jadi satuan enthalpy sama dengan satuan internal energy yaitu satuan energy per satuan massa. Yang perlu diperhatikan adalah faktor pengali atau pembagi sewaktu mengkorversikan satuan energy mekanis menjadi satuan energy panas.
Entropy – Entropy (s) adalah ukuran energy yang ditentukan oleh ketidak beraturannya suatu zat, jadi sifat ini dapat dikatakan misterius. Dapat juga diartikan sebagai yang terbuang dalam suatu proses thermodinamika. Misalnya sewaktu expansi uap dalam suatu turbin, bila entropy tetap, tidak ada energy yang terbuang. Bila ada gesekan misalnya maka entropy membesar/naik, maka ada energy yang terbuang dan tidak dapat diubah menjadi kerja/usaha. Suatu ekspansi zat/gas/uap yang paling efisien terdapat pada proses “constant entropy”. Proses tersebut dinamakan proses “isentropic”.
Satuan entropy sama dengan satuan enthalpy dan satuan internal energy.
Karakteristik energy kimia – Karakteristik energy kimia suatu zat yang yang umum adalah energy panas pembakaran (oksidasi), panas hasil reaksi ikatan kimia dua atau lebih zat (yang bukan dengan oksigen), dan panas hasil reaksi penguraian kimia suatu zat. Ini meliputi calorific value, reaksi exotherm dan reaksi endotherm. Karakteristik energy kimia yang dibicarakan disini tidak termasuk energy nuclear.
Calorific value – didefinisikan sebagai nilai banyaknya panas yang dihasilkan pada pembakaran satu satuan massa bahan bakar padat atau cair.Untuk bahan bakar gas, nilai ditentukan dari hasil pembakaran satu satuan volume pada tekanan standard/atmospheric.
Bahan bakar padat yang umum adalah batubara dengan berbagai jenis kelembaban, tingkat volatilitas dan nilai abu (ash) teertentu, memiliki calorific value antara 6 800 – 14 300 Btu/ lb. Dengan uraian pada Pasal 5.3.1, nilai tersebut bisa dikonversikan kedalam k.kal / kg dan satuan lainnya. Makin rendah kelembaban dan volatilitas batubara, makin tinggi calorific value-nya.
Bahan bakar cair yang umum adalah bahan bakar minyak (fosil) yang diolah dari crude oil menjadi diesel fuel (solar), gasoline (bensin), kerosene (minyak tanah), burning fuel (minyak bakar), residue dan sebagainya. Calorific value dari bahan bakar minyak fosil berkisar antara 15 000 – 20 000 Btu/lb.
Bahan bakar gas yang umum adalah gas alam (natural gas). Gas alam pada umumnya terdiri dari bagian terbesar methane (CH4), sebagian kecil hydrocarbon lain khususnya ethane (C2H6). Juga terdapat sedikit carbon dioksida (CO2) dan nitrogen (N2) dan kadang- kadang juga mengandung hydrogen sulfide (H2S). Apabila natural gas dihasilkan dari ladang minyak, biasanya gas akan tercampur dengan hydrocarbon yang berat (rantai carbon lebih panjang) dan biasanya perlu pemisahan dengan proses khusus.
Gas alam dipasarkan bisa dalam bentuk gas (dialirkan melalui pipa ke pemakai) dan bisa juga dalam bentuk cair dengan dmampatkan/bertekanan tinggi disebut liquefied petroleum gas (LPG). Untuk mempermudah transportasi, gas alam yang tanpa proses dikompresi menjadi liquefied natural gas (LNG). Di Indonesia LPG dipakai untuk konsumen dalam negeri sedang LNG diexport ke pembeli di luar negeri.
Calorific value dari gas alam berkisar antara 950 – 1300 Btu/cu.ft pada tekanan standard.
Reaksi exotherm – Reaksi exotherm adalah reaksi kimia penggabungan atau pemisahan antara dua atau lebih unsur atau molekul yang mengeluarkan/menghasilkan panas. Sebagai catatan, oksidasi atau pembakaran adalah termasuk reaksi penggabungan exotherm.
Reaksi endotherm – Reaksi endotherm adalah reaksi kimia penggabungan atau pemisahan dua atau lebih unsur atau molekul yang memerlukan tambahan panas atau energy yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses reaksi..
Hukum Pertama thermodinamika – Hukum pertama thermodinamika menyatakan bahwa energy tidak bisa diciptakan dan tidak bisa dihilangkan, namun energy hanya dapat berubah bentuk. Untuk suatu sistim yang berada dalam keadaan steady dapat dikatakan bahwa jumlah energy yang masuk sama dengan jumlah energy yang keluar dari sistim. Bila diaplikasikan pada boiler, turbin, dan peralatan lain dengan cara mengubah panas menjadi kerja atau sebaliknya mengubah kerja menjadi panas, hukum ini dituliskan dengan bentuk formula:
Q + h1 = W + h2
dimana Q = (energy) panas yang masuk kedalam sistim
W = (energy) kerja yang keluar dari sistim
h1 = enthalpy dari fluida yang masuk kedalam sistim
h2 = enthalpy dari fluida yang keluar dari sistim
Terlihat bahwa Q, W dan h dapat dijumlah atau diperkurangkan, artinya satuan-satuannya adalah sama yaitu Btu atau kalori, karena energy panas dapat dikonversikan menjadi energy kerja (mekanis) seperti telah diuraikan sebelumnya.
Boiler – Pada boiler tidak ada kerja (mekanis) yang dihasilkan, maka aliran panas yang masuk sistim semuanya akan berubah menjadi kenaikan enthalpy. Maka pada boiler, tidak ada W, maka panas yang diberikan oleh bahan bakar diubah menjadi kenaikan enthalpy air yang masuk (h1) menjadi enthalpy uap yang dikeluarkan boiler (h2). Dan formula hukum pertama menjadi Q = h2 – h1.
Turbin Uap – Turbin uap justru mengubah panas dari fluida yang masuk menjadi kerja mekanis W, namun uap yang keluar dari turbin setelah ber-ekspansi tetap masih memiliki enthalpy (h2). Dalam hal ini terjadi penurunan enthalpy uap yang masuk (h1) menjadi enthalpy uap yang keluar (h2) dan menghasilkan kerja (mekanis) W, dan karena panas yang hilang kecil dan dapat diabaikan, dianggap tidak ada penambahan atau pengurangan panas Q. Formula hukum pertama menjadi W = h1 – h2.
Pada turbin uap pembangkit listrik, turbin memutar generator, sehingga W diubah menjadi energy listrik, seperti terdapat pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).
Walaupun tidak termasuk thermodinamika, berikut diberikan sedikit penjelasan tentang turbin air, untuk perbandingan dengan turbin uap.
Turbin Air – Air yang masuk kedalam turbin air memiliki kecepatan tinggi setelah energy potensial air (pada tempat yang tinggi) diubah menjadi energy kinetis dalam pipa pesat yang menuju turbin. Disini faktor energy panas tidak berpengaruh, jadi hanya berlaku hukum kekekalan energy. Pada turbin air pembangkit listrik, turbin memutar generator, sehingga mengubah energy kinetis (mekanis) menjadi energy listrik, seperti terdapat pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).
Hukum Kedua Thermodinamika – Walaupun ada kesetaraan energy panas dengan kerja (energy mekanis) tidak berarti kita dapat mengubah bentuk-bentuk energy sebebasnya. Hukum kedua thermodinamika dinyatakan dalam berbagai bentuk formula dan pernyataan, yang secara sepintas tidak terlihat hubungan masing-masing pernyataan tersebut. Dalam pembicaraan ini yang akan dibahas adalah salah satu bentuk pernyataan hukum kedua yang menyatakan: “Semua energy kerja dapat diubah menjadi panas, namun tidak semua energy panas dapat diubah menjadi energy kerja”.
Perbandingan antara jumlah energy kerja yang dapat dihasilkan dari total energy panas yang terlibat dinyatakan sebagai efisiensi konversi yang diberi notasi e.
Maksimum besarnya e dihitung pada keadaan yang disebut ideal: Misalkan ada sumber panas dengan temperatur tetap yang tinggi T1, dimana bagian panas yang tak dapat diubah menjadi kerja ditampung pada suatu reservoir misalnya atmosfir atau air dalam jumlah sangat besar sehingga penambahan panas tidak dapat mengubah temperaturnya yang rendah T2, dan media kerja yang cocok misalnya uap atau udara yang menggerakkan piston atau torak dalam silinder yang kedap gas. Dianggap piston bergerak tanpa gesekan dalam silinder yang dibuat, sehingga panas dari sumber temperatur tinggi mengalir ke media kerja (menggerakkan piston) dan membuang sisa panas ke reservoir temperatur rendah T2. Seorang bernama Sadi Carnot menunjukkan keadaan ideal apabila:
- Panas yang dialirkan dari sumber panas ke media kerja (fluida kerja) dipindahkan pada temperatur tertinggi yang mungkin yaitu temperatur sumber T1.
- Panas yang tak dapat diubah menjadi energy kerja ditolak menuju temperatur paling rendah yang mungkin yaitu temperatur reservoir T2.
- Expansi dari media (fluida) kerja dari T1 ke T2, dan juga kompresi dari T2 ke T1 terjadi tanpa gesekan atau perpindahan panas.
Dari syarat-syarat ideal diatas didapat maximum efisiensi:
= e = (T1 – T2)/T1 = 1 – T2/T1
dimana W = kerja yang dihasilkan
Q = panas yang masuk ke media (fluida) kerja.
Formula diatas juga merupakan pernyataan dari hukum kedua. Jelas terlihat bahwa tak mungkin W = Q , karena e tidak mungkin =1.
Dibaca: 76 
Komentar: 6 
Nihil
