Saturday, 03 November 2018 Kalibrasi Suhu Hits: 4995

Higrometri bisa jadi istilah yang terdengar asing bagi telinga awam. Bila saja dalam ilmu metrologi, cabang keilmuan tentang pengukuran dan kalibrasi sebuah besaran, maka salah satu dari sekian banyak besaran, entah itu besaran pokok ataupun besaran turunan, maka kita, terutama bagi praktisi teknis industri farmasi, tentunya mengenal besaran yang disebut dengan RH. Kepanjangan dari Relative Humidity. Dalam klasifikasi ruang bersih, RH menjadi salah satu parameter tolok ukur kriteria penerimaan. Maka penting kemudian mengemuka sebuah pertanyaan, bagaimana kita mengukur RH? Bagaimana kita mengkalibrasi alat ukur RH? Apa itu RH? Tentang apa itu RH, mungkin sedikit sebagai pengantar anda bisa membaca terlebih dulu tulisan saya ini. Dan mengukur dan mengkalibrasi RH itulah yang kemudian para ahli lebih spesifik menyebut bidang kelimuannya dengan nama Higrometri.

Tulisan saya sebelumnya tentang hal ini baru pada upaya mengenalkan kepada anda tentang Kelembaban Relatif. Seperti umumnya setelah berkenalan, sebelum kita lebih jauh berusaha memahami bagaimana cara mengukurnya, maka sebelumnya mungkin sejenak kita perlu membedah juga tentang siapa dia. Seperti yang kita ketahui, RH adalah salah satu parameter kita menengarai sifat udara. Terkait salah satu zat yang terkandung di dalam udara itu yaitu uap air. Sehingga sebaiknya kita perlu tahu dulu zat apa saja yang terkandung di dalam udara yang kita hirup di dunia ini, selain uap air.

Kandungan zat (berbentuk gas) dalam udara memang bisa jadi bervariasi tergantung daerahnya, tapi bila dilihat secara total, komposisi itu kurang lebih akan seperti ini:

Nah, kalau kita ingat pelajaran waktu SMA, setiap gas akan memiliki apa yang disebut dengan tekanan parsial, sehingga tekanan total udara pada suatu waktu yang kita rasakan merupakan penjumlahan total dari tekanan parsial masing-masing gas yang terkandung dalam udara. Tapi ternyata suatu ketika dulu hal ini telah membuat kebingungan ilmuwan yang bernama John Dalton. Karena penjumlahan dari tekanan parsial masing-masing gas tersebut selalu tidak sama dengan hasil pengukuran tekanan statik total udara. Maka dia membuat teori gas ideal, dimana belakangan kemudian diketahui bahwa selisih yang terjadi antara tekanan total udara statik, dengan penjumlahan tekanan parsial masing-masing gas yang terkandung dalam udara adalah tekanan parsial uap air yang yang mengisi udara tersebut. Dan tidak seperti prosentase komposisi gas yang cenderung tetap, tekanan parsial ini tidak tetap tergantung tingkat keadaan udara tersebut secara keseluruhan. Tekanan parsial uap air pada kondisi jenuhnya bisa berbeda, sehingga kelembaban relatifnya bisa akan berbeda.

Indonesia dengan kondisi geografinya, cenderung akan berada pada suhu tropis dengan kelembaban relatif yang tinggi. Sementara di wilayah Timur Tengah dengan kisaran suhu yang kurang lebih sama justru memiliki kelembaban relatif yang cenderung rendah. Sementara beberapa daerah di Eropa dengan suhu sub-tropis-nya justru memiliki RH rendah (kering), dan di sebagian dataran Afrika dengan suhu rata-rata tinggi memiliki RH yang juga rendah (kering). Di tempat dengan kelembaban tinggi bila kita beraktifitas olahraga misalnya, sehingga mengeluarkan sekresi lewat pori-pori (pembuangan sisa metabolisma tubuh dalam bentuk uap air), maka yang terjadi adalah keringat (dalam bentuk cair) bercucuran. Pakaian jadi basah. karena udara sudah terlalu lembab sehingga tak mampu lagi menampung uap air yang keluar dari badan, keringat dalam bentuk uap akan mudah terkondensasi menjadi cair. Sementara di tempat lain dengan kelembaban rendah, bila kita melakukan aktifitas yang sama, sekresi yang terjadi akan kurang lebih sama, tapi keringat dalam bentuk cair mungkin tidak akan muncul membasahi pakaian. Udara masih haus akan uap air untuk memenuhi tekanan parsialnya.

Untuk kondisi kualitatif, sebagian orang terkadang menengarainya demikian: Ketika berjalan di sebuah pedestrian suatu pagi misalnya, merasakan permukaan kulit basah karena keringat, atau bahkan pakaian terutama di area lipatan juga basah, maka bisa diambil kesimpulan bahwa saat itu kelembaban relatif sedang tinggi. Sementara ketika musim berganti, berjalan di tempat dan waktu pagi yang sama, terasa lebih sejuk dan kering di permukaan kulit, maka saat itu kelembaban relatif sedang rendah. Lalu bagaimana mengkuantitatifkan hal ini? Sebelumnya, mungkin saya perlu mengenalkan dulu beberapa istilah ilmiah di seputaran kelembaban ini, yaitu:

Absolut Humidity adalah perbandingan massa uap air dengan volume udara total pada sebuah ruang yang ditempati uap air tersebut. Satuannya adalah massa per volume, umumnya menggunakan g/m3. Ini sekaligus lebih dalam kita berusaha secara detail memilah antara pengertian absolut humidity dan specific humidity, dimana pada tulisan saya sebelumnya, hal ini kita anggap sama dulu untuk mempermudah membayangkannya. Konsep gas ideal Dalton memberi kemudahan kita untuk bisa mendapatkan angka absolut humidity ini dengan cara perhitungan. Mengolah hasil pengukuran tekanan parsial uap air dan suhu pada sebuah tingkat keadaan udara.

Specific Humidity adalah hal yang sama dengan absolut humidity, bedanya adalah pada penyebut, bila pada absolut humidity adalah besaran udara total dalam satuan volume, untuk specific humidity adalah udara total yang sama dalam besaran massa. Satuan umumnya adalah g/kg. Dimana udara total pada penyebut tersebut juga termasuk uap air didalamnya. Karena ada satu besaran lagi yang disebut Mixing Ratio, yaitu perbandingan massa uap air dengan massa udara kering. Udara kering artinya adalah udara total dikurangi massa uap air.

Dry Bulb Temperature, sama dengan temperatur udara yang biasa kita lakukan pengukuran untuk menengarai kuantitatif besaran suhu. Yang dalam telaah kelembaban ini, kemudian kita juga mengenal istilah besaran Wet Bulb Temperatur, adalah temperatur dimana kita memaksa membuat kondisi udara uap air jenuh pada spesific humidity yang tetap. Mengukur wet bulb temperature bisa kita lakukan dengan alat ukur yang umum disebut Sling. Ujung sensor termometer gelas diberi kapas basah kemudian diputar, adalah upaya memberi energi untuk memaksa agar terjadi penguapan air sehingga tercapai kondisi jenuh di sekitar sensor termometer gelas tersebut. Dan ada satu lagi yang juga umum dipakai adalah Dew Point Temperature, yaitu suhu dimana pada specific humidity tersebut terjadi kondensasi uap air. Antara Wet Bulb Temperature dan Dew Point Temperature sekilas mirip, tapi sebenarnya berbeda dalam hal pemenuhan suhunya. Satunya dalam rangka mencapai uap jenuh, satunya dalam rangka mencapai kondisi terkondensasi, walaupun secara filosofis bisa direnungi bahwa keadaan uap air terkondensasi hanya terjadi pada kondisi uap jenuhnya. Tapi toh pada suatu tempat suatu ketika, melalui pengukuran maupun perhitungan dengan memasukkan faktor ketidakpastian, kedua hal ini umumnya beda angkanya.

Relative Humidity, adalah perbandingan antara specific humidity pada suatu keadaan dengan specific humidity jenuhnya pada suhu dan tekanan yang sama. Hal yang juga ternyata berbanding lurus dengan perbandingan tekanan parsial suatu tingkat keadaan udara dengan tekanan parsial jenuhnya pada suhu dan tekanan barometrik tetap.

Tekanan udara total, adalah yang biasa disebut dengan Barometric Pressure atau tekanan barometrik. Bila melihat lebih detail tentang tekanan di tulisan saya ini, maka terminologinya sama dengan yang disebut Absolute Pressure di sana. Tekanan udara total ini merupakan penjumlahan dari tekanan parsial masing-masing gas yang terkandung di dalam udara tersebut, termasuk didalanya adalah tekanan parsial uap air. Tekanan parsial sendiri tidak bisa diukur dengan alat ukur tekanan konvensional.

Nah, semua besaran yang saya cetak tebal di atas, secara teori, memiliki korelasi melalui persamaan-persamaan, baik yang diturunkan secara matematis maupun berdasar pengukuran empiris. Sehingga dua besaran diketahui sudah cukup untuk kemudian dihitung dalam sebuah persamaan guna mendapatkan besaran lain. Sehingga bila saat ini kita sedang berbicara mengenai higrometri, mengukur kelembaban relatif (relative humidity), maka kemungkinan yang saat ini teknologi sudah bisa capai adalah:

Seorang ilmuwan dari Tennesse, Amerika bernama Louise Ullmann suatu ketika dulu di tahun 1859 telah mendaftarkan paten alat ukur kelembaban analog mekanik. Dia telah melakukan penelitian bahwa serat organik (dalam aplikasinya banyak digunakan rambut manusia atau bulu ekor kuda) bila direntang pada ujung-ujung yang tetap, akan memiliki ketegangan yang berbeda bila berada pada kondisi kelembaban yang berbeda saat kesetimbangannya. Hal ini yang kemudian dimanfaatkannya, dengan membuat sebuah mekanisme sehingga perubahan tegangan itu kemudian dapat menggerakkan jarum untuk menunjuk angka. Alat ukur ini bisa langsung menunjukkan besaran RH. Walau sudah sangat jarang ditemui untuk penggunaan industri, alat ukur analog mekanik dengan prinsip kerja ini justru dipercaya memiliki akurasi lebih baik dan banyak digunakan di laboratorium metrologi kelembaban.

Di tahun 1930, seorang ilmuwan dari Philadepia bernama John L Schwartz mendaftarkan paten penemuannya berupa grafik psychrometric chart, sebagai alat bantu untuk mendapatkan hasil pengukuran RH dengan resolusi yang lebih baik, dengan pengukuran menggunakan instrumen yang dia juga ciptakan, pengukuran temperature dry bulb dan wet bulb. Berupa dua buah termometer gelas dipasang berdampirngan, salah satu termometer pada sensornya diberi kapas basah. Bila dilakukan oleh orang yang memiliki kompetensi higrometri memadai, pengukuran dengan cara ini disepakati sebagai cara yang memiliki tingkat akurasi paling baik.

Hingga di era digital elektronik, ketika NASA Langley Research Center memelopori sebuah penemuan pengukuran RH secara elektronik yang kemudian kini begitu populer banyak diproduksi dan diaplikasikan di industri karena penggunaan dan sifat readability-nya yang tinggi. Ada dua jenis, yaitu yang menggunakan sensor kapasitif dan sensor resistif. Sensor kapasitif pada dasarnya adalah dua plat kecil berhadapan yang sifat elektrik kapasitansi berubah berbanding lurus dengan kelembaban udara yang berada di antara celah keduanya. Sementara jenis resistif pada prinsipnya adalah sebuah tahanan yang dibuat sehingga bisa memiliki hambatan yang berubah karena perubahan kelembaban udara di sekitar tahanan tersebut.

Kalibrasi yang umum dilakukan adalah dengan cara perbandingan langsung, antara obyek kalibrasi dengan kalibrator pada berbagai titik ukur dengan memasukkan keduanya pada humidity chamber. Bila kita mengenal kalibrasi enclosure, humidity chamber yang digunakan juga perlu dipetakan ketidakpastiannya sehingga pada proses kalibrasinya dapat diperoleh error dan ketidakpastiannya. Kalibrasi instrumen hygrometer juga bisa dilakukan dengan menggunakan larutan standard. Penelitian telah membuktikan bahwa larautan senyawa tertentu yang disimpan pada sebuah wadah adiabatis pada suhu tetap tertentu, pada kondisi kesetimbangannya, reaksi kimia yang terjadi di dalam wadah tersebut akan membuat konsentrasi kelembaban relatifnya berada pada angka tetap tertentu. Beberapa senyawa yang umum digunakan untuk verifikasi secara mudah misalnya adalah NaCl (garam) yang dilarutkan dan dibiarkan menguap dalam wadah tertutup, kelembaban di dalam wadah pada suhu 25-30 °C akan mencapai kesetimbangan di angka 75,5%. LiCl pada kelembaban 11,8%. MgCl pada kelembaban 33%. Na₂Cr₇O₇ pada 52,4%. Lebih lengkapnya bisa dilihat di sini. Beberapa perusahaan yang mengkhususkan diri pada pengukuran kelembaban juga mengembangkan dan menjual produk-produk formulasi larutan standar pada berbagai angka variasi titik ukur RH.

Pitoyo Amrih

• Next >