Prinsip Hidrostatis dalam Mengukur Level Air

Sifat Dasar Fluida

Untuk memahami prinsip kerja dan proses pengkuran level air dengan tekanan/secara hidrostatis terlebih dahulu perlu kita pahami dahulu sifat-sifat dasar fluida. Fluida atau zat cair (termasuk uap air dan gas) dibedakan dari benda padat karena kemampuannya untuk mengalir. Fluida lebih mudah mengalir karena ikatan molekul dalam fluida lebih kecil dari ikatan molekul dalam zat padat, akibatnya fluida mempunyai hambatan yang relative lebih kecil pada perubahan bentuk karena gesekan. Zat cair mengikuti bentuk wadahnya dan volumenya dapat diubah hanya jika diberikan gaya yang sangat besar.

Untuk mengerti aliran fluida maka harus mengetahui beberapa sifat dasara fluida yang meliputi: kerapatan (density), berat jenis (specific gravity), tekanan (pressure), dan kekentalan (viscosity).

1. Density

Kerapatan atau density dinyatakan dengan ρ (ρ adalah huruf kecil Yunanai yang dibaca “rho”), didefinisikan sebagai massa per satuan volume.

ρ = m/v

dimana, ρ = kerapatan (kg/m3)

m = massa benda (kg)

v = volume (m3)

Kerapatan adalah suatu sifat karakteristik untuk setiap bahan murni. Benda tersusun atas bahan murni, misalnya emas murni, yang dapat memiliki berbagai ukuran ataupun massa, tetapi kerapatannya akan sama untuk semuanya.

Kerapatan ditetapkan pada suhu 0 derajat Celcius dan tekanan 1 atm, kecuali ditentukan lain.

2. Specific Gravity

Berat jenis (SG) suatu bahan didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan bahan terhadap kerapatan air.

3. Pressure

Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dengan gaya F dianggap bekerja secara tegak lurus terhadap luas permukaan A, maka

P = F/A

dimana, P = tekanan (kg/m2)

F = gaya (kg)

A = luas (m2)

Satuan tekanan dalam SI adalah N/m2 dan memiliki nama resmi Pascal (Pa), sebagai penghormatan kepada Blaise Pascal. 1 Pa= 1 N/m2. Konsep tekanan sangat berguna terutama dalam berurusan dengan fluida. Sebuah fakta eksperimental menunjukkan bahwa fluida menggunakan tekanan ke semua arah. Hal ini sangat dikenal oleh para perenang dan juga penyelam yang secara langsung merasakan tekanan air pada seluruh bagian tubuhnya.

Pada titik tertentu dalam fluida diam, tekanan sama untuk semua arah.

Tekanan dalam cairan yang memilik kerapatan sama bervariasi terhadap kedalamannya. Sebagai ilustrasi, semakin dalam cairan maka semakin besar pula gaya tekannya ke segala arah.

Tekanan pada kedalaman h zat cair,

P=F/A [kg/m2]

Tekanan yang terjadi di kedalaman h disebabkan oleh berat cairan di atasnya.

Dengan demikian gaya yang bekerja pada luasan tersebut adalah

F=mg = ρAhg,

dengan Ah = volume, ρ = kerapatan cairan (diasumsikan konstan), dan g = percepatan gravitasi.

Maka P dapat didefinisikan,

P = ρ.g.h

Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa tekanan berbanding lurus dengan kerapatan cairan dan kedalaman cairan tersebut. Secara umum, tekanan pada kedalaman yang sama dalam cairan yang sama adalah sama. Persamaan ini berlaku untuk fluida yang kerapatannya konstan dan tidak berubah terhadap kedalaman.

4. Viscosity

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair.

Prinsip Pengukuran Hidrostatis

Sistem pengukuran volume cairan di dalam bejana merupakan implementasi dari hukum pascal yang berbunyi tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar.

Dengan memanfaatkan persamaan ΔP= ρg(Δh), kita dapat mengetahui level ketinggian air (yang bisa dikonversi menjadi berat atau volume yang ada dalam bejana) dimana:

h = P/(ρg)

h = level air dalam bejana (meter)

g = percepatan grafitasi (m/s2)

P = tekanan hodrostatis, hasil pengukuran sensor (bar/mBar/Pa)

ρ = massa jenis larutan, konstanta yang digunakan dalam kalkulasi (kg/m3)

Semoga bermanfaat