besaran dan satuan dalam ilmu teknik
BESARAN DAN SATUAN
Satuan operasi adalah bagian dari ilmu dan teknik, maka
ia sangat mendasarkan diri pada ilmu pengetahuan dan pengalaman. Teori dan
praktek harus digabungkan disini untuk menghasilkan alat-alat yang dibuat,
dirakit, di operasikan dan dipelihara, maka teori dan peralatan akan dibahas
secara bersama-sama.
Dalam pengolahan air bersih satuan operasi ditujukan pada teknik-teknik
perpindahan fluida, teknik pengendapan dan teknik filtrasi.
Pembahasan satuan operasi memerlukan bermacam-macam prinsip ilmu dan teknik,
diantaranya hukum-hukum dasar fisika seperti sistem satuan, keseimbangan
fisika, kekekalan massa, energi dan lain-lain. Dengan menggunakan teknik
operasi yang baik, akan diperoleh desain pengolahan air bersih yang
lebih sempurna.
Dalam praktek masih banyak sekali penggunaan satuan
ukuran yang berbeda-beda. Di suatu tempat digunakan satuan metric (meter,
kilogram, sekon, dan lain-lain) sedangkan ditempat lain menggunakan English
Units (Jarak/feet/inch, pound. second dan lain-lainnya), bahkan di tempat lain
lagi digunakan campuran kedua sistem tersebut;
Dalam buku-buku acuan ilmiah, sejak awal tahun 70-an
telah dimulai penggunaan suatu sistem satuan-satuan yang diharapkan dapat
berlaku untuk seterusnya diseluruh dunia, sistem ini disebut System
International (disingkat SI). Beberapa satuan yang akan sering dijumpai adalah sebagai
berikut :
1.
Massa
Yang dimaksud dengan massa adalah suatu takaran (ukuran)
untuk menyatakan banyaknya sejumlah materi atau benda. Satuan massa yang sering
digunakan adalah kilogram (Kg) atau pound (lbs),
dimana 1 kg = 2.20462 lb, atau 1 lb = 0.45359 kg.
Catatan : Untuk keperluan standard (bagi seluruh dunia),
secara khusus telah dibuat suatu logam campuran platina-iridium yang mempunyai
massa tepat 1 kilogram dan yang kini disimpan secara baik di Perancis.
2.
Panjang
Satuan
panjang yang lazim digunakan adalah meter, centimeter, kilometer, decimeter dan
millimeter, dalam English Unit lazim digunakan yard, feet, inch dan mile. Untuk
satuan panjang dalam SI digunakan pula meter.
[ Untuk satuan panjang ini
dibuat juga sebuah standard (dengan panjang tepat 1 meter) yang dibuat dari
logam serupa serta tersimpan pada tempat yang sama dengan yang termaksud pada
ad.a diatas ]
3.
Waktu
Baik
dalam metric, English Unit maupun dalam SI, satuan untuk waktu yang digunakan
adalah sama, yaitu sekon (s), (= detik).
4.
Kecepatan
Sebenarnya
kecepatan adalah salah satu bentuk penjabaran dari dua satuan, yang menyatakan
ukuran bagi gerakan yang lurus. Satuannya ialah meter per sekon (m/s) atau
feet/second (ft/s).
5.
Percepatan
Demikian
pula halnya seperti pada ad.d, percepatan adalah laju bertambahnya kecepatan
dalam setiap detiknya, sehingga satuannya adalah m/s per sekon atau m/s2
(dalam English Unit ft/s2). Gaya
tarik bumi adalah suatu percepatan, yang besarnya : 9.8067 m/s2 dan
sering dibulatkan menjadi 9.81 m/s2
6.
Gaya
Gaya ialah suatu hasil yang diperoleh bila suatu massa diberi (atau mengalami)
suatu percepatan. Dalam rumus dapat dituliskan :
F = m . a
Keterangan : F = gaya
m = massa
a = percepatannya
Catatan
: Pengertian massa dan berat suatu benda sering sekali terkacau, dimana berat
benda sebenarnya adalah gaya yang bekerja terhadap massa benda tersebut, akibat
adanya gaya tarik bumi. Untuk 1 kg suatu massa, besarnya gaya tersebut
(beratnya) adalah :
F = (1 kg) (9.8067 m/s2) = 9.81 kg m/s2
(dibulatkan)
Gaya sebesar ini dalam satuan metric disebut 1
kilogram-gaya atau 1 kilogram-force. Mengingat hal tersebut, maka istilah
(satuan) berat sebaiknya jangan digunakan.
Satuan gaya dalam SI disebut Newton (N). Satu N adalah
besarnya gaya yang perlu untuk memberikan percepatan bagi 1 kilogram suatu
massa sebesar 1 m/s2, atau dapat dituliskan :
1
N = 1 kg m/s2
7.
Tekanan
Yang dimaksud dengan tekanan adalah suatu gaya yang
bekerja terhadap suatu luas permukaan tertentu. Besarnya tekanan tersebut
dinyatakan dengan besarnya gaya yang bekerja per satuan luas yang ada.
Tekanan
= F/A , maka
satuannya adalah satuan gaya per satuan luas.
Satuan tekanan yang lazim kita kenal sebagai pound per
square inch (psi) harus secara benar difahami, bahwa pound dalam hal ini
pengertiannya adalah pound-force. Demikian pula satuan kg/cm2 yang
sering tampak/tertera pada suatu alat ukur tekanan, dimana yang dimaksud adalah
kg-force/cm2.
Atmosfir (atm) merupakan pula satuan tekanan yang sering
digunakan. Sebagai standard 1 atm, pengertiannya adalah gaya yang dihasilkan
oleh massa udara yang menekan pada permukaan air laut seluas 1 cm2.
Sebagaimana diketahui besarnya gaya ini adalah setara dengan gaya yang
diperoleh dari massa air raksa setinggi 76.00 cm (O 0C, dalam ruang
vakum) yang menekan permukaan seluas 1 cm2.
8.
Suhu
Untuk
suhu terdapat beberapa satuan, misalnya 0Celcius (0C ;
metric), 0Fahrenheit (0F ; English Unit) dan Kelvin (K ;
SI).
Hubungan yang ada diantara ketiga satuan suhu tersebut adalah sebagai
berikut :
0 0C
= 32 0F = 273.1 K
100 0C = 212 0F = 373.1 K
-17.8 0C = 0 oF = 255.3 K
-273.1 0C = -459.6
0F = 0 K
Bentuk hubungan antara 0C dan K dapat
dituliskan sebagai :
K
= (0C + 273.1)
Sedangkan antara 0C dan 0F
adalah :
0F
= (1.8) (0C) + 32
0K
merupakan satuan suhu absolut untuk Metric dan juga untuk SI, sedangkan suhu
absolut dalam English unit digunakan 0Rankine, dimana :
0R = (0F
+ 460)
[ Catatan : Suhu
absolut digunakan dalam berbagai jenis perhitungan, misalnya seperti pada
aplikasi rumus Boyle-Gay Lussac dan lain sebagainya. ]
9.
Usaha (Kerja) dan Energi
Pada hakekatnya usaha adalah sama dengan energi. Usaha
mempunyai kaitan pengertian dengan sesuatu yang bersifat mekanis, sedangkan
biasanya energi mempunyai kaitan dengan (sumber) panas. Satuan yang lazim
digunakan untuk usaha dan energi adalah Joule (J).
Satu joule adalah usaha atau energi yang keluar dari gaya
sebesar 1 Newton dalam memindahkan suatu titik sepanjang 1 meter dengan arah
yang sama dengan arah gaya tersebut. Jadi : 1 Joule = 1 N.m
[ Catatan :Seperti halnya dengan Pascal,
maka untuk joule lebih sering digunakan kilo Joule (kJ) ]
Untuk
satuan energi (panas) satuan yang lazim digunakan adalah Kalori (Cal) dan/atau
British Thermal Unit (BTU).
Satu
gram kalori ialah banyaknya energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram
air murni dari 14.5 0C menjadi 15.5 0C pada tekanan 1
atm.
(Serupa
dengan kalori 1 BTU adalah jumlah energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1
lb air 1 0F)
Hubungan antara Cal, BTU dan J
adalah sebagai berikut :
1 kilogram kalori (=1k Cal) = 0.148 J dan 1 BTU = 1055.6
J = 0.252 k Cal
10.
Tenaga atau Daya
Yang termasuk dengan tenaga atau daya adalah usaha yang
bekerja dalam waktu tertentu. Satuannya adalah Joule/Second (J/S), yang disebut Watt.
1
Watt = 1 J/S = 3600 J/h
Selain itu terdapat pula satuan
tenaga yang juga sering digunakan, yaitu Horsepower (Hp), dimana :
1 Hp = 746 W = 0.746 kW
1Hp =746 W X 3600 s/h = 2685.6 J/h
11.
Viskositas
Viskositas
dari suatu cairan adalah gaya iris (shear force) yang diperlukan untuk
menggeser lapisan cairan (yang seolah-olah telah diiris didalam cairan itu
sendiri) selama satu satuan waktu untuk setiap satu satuan luas.
Viskositas
dengan definisi diatas adalah yang disebut Viskositas
Dinamik (dynamic viscosity).
Dalam SI satuannya adalah
: N.s /m2=
N/m2.s = Pa.s
Dalam
sistem cm-gram-sekon (cgs), satuannya adalah : dyne.s/cm2
Keterangan : 1
Pa.s = 1 Nm-2s = 1kg m-1s-1=1000g (100 cm)-1
1s-1
=10 g cm-1s-1
= 10 g cm-1 cm2 cm-2 s-1 s2
s-2
= 10 g cm cm-2
s s-2 = 10 (gcm/s2)cm-2 s = 10 dyne s/cm2
Satuan
dyne.s/cm2 adalah yang disebut Poise.
Dengan demikan :
1 Pa.s = 10 Poise = 1000 cp
Satuan viskositas lainnya
adalah centistoke (cSt), yaitu satuan dari viskositas kinematik, dimana
pengertiannya adalah :
12.
Beberapa Satuan Pada
Proses Pengolahan Air
1 acre = 0.40469 ha =4046.9 m2
mgd = million gallons daily (juta gallon setiap harinya)
1 gallon = 3.785 liter
mgad = million gallons daily per
acre (juta
gallon setiap harinya per acre)
gpm=gallon per menit
13. Konversi Satuan
Karena ketiga sistem ini sama-sama banyak dipakai, kita sering harus
mengkonversikan nilai besaran dari sistem satu ke sistem yang lain. Hal ini
dilakukan dengan menggunakan faktor-faktor konversi.
Untuk mempermudah konversi dari satuan yang satu ke satuan yang lain,
berikut ini akan ditampilkan Tabel 2.2. konversi satuan.
Tabel 2.2. Konversi Satuan
a.
Panjang
|
|
Cm
|
Meter
|
Km
|
in
|
ft
|
Mil
|
|
1
Centimeter
1
Meter
1
Kilometer
1
Inch
1
Kaki
1
Mil
|
1
100
105
2,54
30,48
1,609
105
|
10-2
1
1000
2,54
10-2
0,3048
1609
|
10-5
10-3
1
2,54
10-5
3,048
10-4
1,609
|
0,3937
39,3
3,937
104
1
12
6,336
104
|
3,281 10-2
3,281
3,281
8,333
10-2
1
5280
|
6,214 10-6
6,214
10-4
0,6214
1,578
10-5
1,894
10-4
1
|
b.
Luas
|
|
Meter2
|
Cm2
|
ft2
|
in2
|
Mil
Lingkaran
|
|
1
Meter Kuadrat
1 Cm
Kuadrat
1
Kaki Kuadrat
1
Inch Kuadrat
1
Mil lingkaran
|
1
10-4
9,290
10-2
6,452
10-4
5,067
1010
|
104
1
929,0
6,452
5,067
106
|
10,76
1,076
10-3
1
6,944
10-3
5,454
109
|
1550
0,1550
144
1
7,854
107
|
1,974 109
1,974
105
1,833
108
1,273
106
1
|
c.
Volume
|
|
Meter3
|
Cm3
|
Liter
|
ft3
|
in3
|
|
1
Meter Kubik
1 Cm
Kubik
1
Liter
1
Kaki Kubik
1 Inchi
Kubik
|
1
10-6
1,000
10-3
2,832
10-2
1,639
10-3
|
106
1
1000
2,832
104
16,39
|
1000
1,000
10-3
1
28,32
1,639
10-2
|
35,31
3,531
105
3,531
10-2
1
5,787
10-4
|
6,102 104
6,102
10-2
61,02
1728
1
|
1 galon fluida Amerika = 4 kuart fluida Amerika = 8 pint Amerika = 128 ons
fluida Amerika = 231 in3, 1 galon kerajaan Inggris = 277,4 in3.
d.
Massa
|
|
Gram
|
Kg
|
Slug
|
u
|
Oz
|
Lb
|
Ton
|
|
1 Gram
1
Kilogram
1
Slug
1
u
|
1
100
1.459x104
1.660x10-24
|
0.001
1
14.59
1.660x10-27
|
6.852x10-5
6.852x10-2
1
1.137x10-28
|
6.024x1023
6.024x1026
8.789x1027
1
|
3.527x10-2
35.27
514.8
5.855x10-26
|
2.205x10-3
2.205
32.17
3.660x10-27
|
1.102x106
1.102x10-3
1.609x10-2
1.829x10-30
|
|
1 Ons
1
Pon
1
Ton
|
28.35
443.6
9.072x105
|
2.835x102
0.4536
907.2
|
1.943 x 103
3.108x10-2
62.16
|
1.708x1025
2.372x1026
5.465x1029
|
1
16
3.2
x 104
|
6.250x10-2
1
2000
|
3.125x10-5
0,0005
1
|
Catatan : Massa tersebut diatas dibawah kondisi gravitasi
standar ( g = 9,80665 M/det2).
e.
Massa Jenis
|
|
Slug/ft3
|
Kg/Meter3
|
g/cm3
|
lb/ft3
|
lb/in3
|
|
1 Slug per
ft3
1 Kg/Meter3
1 g/Cm3
1 lb/ft3
1 Inchi Kubik
|
1
1.940 10-3
1.940 10-2
3.108 10-2
1.639 10-3
|
515.4
1
1000
16.02
16.39
|
0.5154
0,001
1
28.32
1.639 10-2
|
32.17
6.243 10-2
62.43
1
5.787 10-4
|
1.862
10-2
3.613 10-3
3.613 10-2
1728
1
|
B.
Komentar