BAROMETER AIR RAKSA TIPE KEW PATTERN

Barometer air raksa tipe Kew Pattern adalah sebuah alat meteorology konvensional yang digunakan untuk mengukur tekanan udara. Secara garis besar barometer ini terdiri dari sebuah tabung dengan ujung atas tertutup dan sebuah bejana yang berisi air raksa, sehingga air raksa masuk ke dalam tabung tersebut dengan ketinggian tertentu. Ruangan diatas air raksa dalam tabung dianggap kosong atau hampa udara. Alat ini memanfaatkan sifat anomali air raksa dalam tabung hampa. Pada dasarnya pengukuran tekanan udara dengan barometer ini ialah membandingkan perbedaan tinggi air raksa dalam tabung dan didalam bejana. Air raksa dalam bejana berhubungan langsung dengan udara luar melalui sebuah lubang kecil, maka udara luar akan menekan air raksa di dalam bejana sehingga mendorong air raksa didalam tabung bergerak ke atas di dalam barometer.

1. Pendahuluan

Ketika seorang observer melakukan sebuah pengamatan udara permukaan atau synop, dia akan mengamati berbagai macam parameter cuaca seperti suhu, angin, penguapan, kelembaban, awan, curah hujan, visibility, penyinaran matahari, dan tekanan udara. Yang akan kita bahas kali ini adalah alat yang digunakan untuk mengukur salah satu dari unsur cuaca tersebut yaitu tekanan udara. Bukti adanya tekanan udara yaitu kita dapat berdiri dengan tegak dipermukaan bumi, ini menunjukkan dari atas maupun bawah kepala kita ada tekanan udara.

Tekanan udara pada suatu permukaan didefinisikan sebagai gaya atau berat yang diberikan oleh sekolom udara diatas suatu permukaan atau area kepada suatu permukaan atau area tersebut. Tekanan yang diberikan tersebut sebanding dengan massa udara secara vertikal diatas permukaan tersebut sampai pada batas lapisan

atmosfer terluar. Sehingga tekanan udara selalu berkurang dengan bertambahnya ketinggian. Tekanan udara juga dapat didefinisikan sebagai akibat benturan antar molekul-molekul udara dan atom-atom gas di udara sehingga menimbulkan gaya per satuan luas udara tersebut. Mengingat gerak molekul-molekul dan atom-atom gas setelah benturan akan ke segala arah, maka gaya yang terjadi juga ke segala arah. Akibatnya arah tekanan udara dapat terjadi ke segala arah pula.

Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara ada bermacam-macam seperti barometer air raksa tipe fortin, barometer air raksa tipe kew pattern, barometer aneroid, aneroid barograph, banjo barometer dan bourdon tube barograph. Namun alat yang akan dibahas kali ini hanya barometer air raksa tipe kew pattern. Alat ini sangat bagus untuk dibahas karena alat ini digunakan hampir di seluruh stasiun meteorologi dan stasiun klimatologi yang ada di Indonesia. Alasannya karena sifat barometer tersebut lebih praktis untuk digunakan karena air raksa yang ada di dalam barometer tersebut sudah diatur sedemikian rupa sehingga kita tidak perlu mengatur air raksa terlebih dahulu seperti yang kita lakukan pada barometer tipe fortin sebelum digunakan.

Jadi dengan membahas alat ini, diharapkan akan menambah wawasan yang dapat mendukung untuk melakukan praktek pengamatan tekanan udara dengan menggunakan barometer air raksa, sehingga dapat memperkecil resiko kesalahan atau kelalaian yang biasa terjadi ketika kita mengamati atau membaca tekanan udara dengan menggunakan barometer air raksa.

2. Teori Dasar

Pada tahun 1643, Toricelli mendapatkan bahwa jika tabung dengan panjang satu meter diisi dengan air raksa, sedangkan ujung tabung yang satu tertutup dan ujung yang lainnya terbuka, kemudian ujung yang terbuka ditutup dengan jari, lalu tabung dibalik serta dicelupkan ke dalam bejana terbuka yang juga berisi air raksa. Maka setelah jari dilepaskan sebagian air raksa yang berada di dalam tabung akan keluar dan masuk ke dalam bejana tersebut, sampai tinggi air raksa dalam tabung kurang lebih 76 cm dengan meninggalkan ruang hampa diatasnya.

Dari percobaan tersebut menunjukkan bahwa tekanan udara pada permukaan air raksa dalam bejana terbuka adalah seimbang atau sama dengan berat kolam air raksa dalam tabung. Pernyataan tersebut dapat digambarkan dengan gambar:

Dengan demikian didapat bahwa tekanan udara yaitu sama dengan berat air raksa tersebut. Inilah dasar pokok yang digunakan barometer air raksa untuk mengukur tekanan udara.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa tekanan udara dipermukaan bumi adalah gaya per satuan luas berdasarkan berat atau beban dari atmosfer diatasnya. Dengan kata lain tekanan udara adalah sepadan dengan berat atau beban dari sekolom udara di atas suatu proyeksi permukaan horizontal, membentang hingga batas terluar dari atmosfer, sehingga tekanan udara dapat dinyatakan dengan persamaan :

P = tekanan udara

m = massa udara

g = koefisien gravitasi

A = luas permukaan yang mendapat tekanan

Basic dari satuan ukur tekanan atmosfer adalah Pascal (Newton per meter2). Namun dalam bidang meteorologi lebih dikenal satuan bar, yang kira-kira sama dengan tekanan udara didekat permukaan bumi. Karena perubahan tekanan udara sehari-hari umumnya sangat kecil, maka tekanan udara dinyatakan dalam satuan yang lebih kecil, yang sekiranya sesuai dengan perubahan yang kecil tersebut, yaitu dalam satuan milibar dan disingkat mb, dimana 1 bar = 1000 mb, sedangkan milibar (mb) nilainya setara dengan hectopascal (hPa), 1 mb = 1 hPa.

Sehubungan dengan hal tersebut, maka skala-skala dalam alat ukur tekanan udara dibuat dalam satuan milibar. Namun demikian ada beberapa barometer yang dibuat dengan menggunakan skala dalam satuan milimeter atau inchi, dimana sebenarnya satuan milimeter dan satuan inchi merupakan satuan ukuran panjang atau tinggi . Hal tersebut mengandung pengertian bahwa yang dimaksud panjang atau tinggi disitu adalah tekanan udara yang sebanding dengan tekanan air raksa pada suatu permukaan yang diakibatkan oleh berat air raksa diatasnya per satuan luas, yang setinggi nilai yang dinyatakan dalam satuan milimeter atau satuan inchi. Oleh karena itu dalam menyatakan besarnya tekanan udara dengan menggunakan skala dalam satuan milimeter atau inchi, masing-masing harus disebutkan “milimeter air raksa (mmHg)” atau “inchi air raksa (inchHg)”.

Bagian-bagian barometer seperti yang terlihat pada gambar di samping yaitu terdiri dari :

a) Vernier : berfungsi untuk mencari tinggi minicus air raksa.

b) Skala barometer : berfungsi untuk membaca tekanan udara pada saat itu.

c) Sekrup pengatur vernier : berfungsi untuk menggerakkan vernier naik turun agar minicus sejajar dengan air raksa.

d) Termometer tempel : berfungsi untuk mengetahui suhu ruangan sebelum kita membaca tekanan udara pada baorometer. Termometer ini harus dibaca terlebih dahulu untuk menentukan koreksi pada hasil tekanan yang dibaca.

e) Lubang udara atau ventilasi : berfungsi untuk memasukkan udara luar ke dalam barometer air raksa, sehingga barometer dapat membaca tekanan udara disekitarnya.

f) Bejana air raksa : berfungsi untuk menampung air raksa. Bejana tersebut terbuat dari besi dengan sebuah piringan berlubang tiga untuk mengurangi guncangan sewaktu alat dibawa.

g) Sekrup operasional : berfungsi untuk mencegah air raksa agar tidak tumpah dan agar tidak berkurang volumenya.

Pengukuran tekanan udara harus tetap akurat seiring perkembangan teknologi dan harus selalu dilakukan prosedur pengukuran dan kalibrasi yang ditetapkan. Berdasarkan WMO Commissions and is outlined in Annex 1.B, Chapter 1, untuk alat ukur tekanan udara – primary reference memiliki persyaratan sebagai berikut:

a) Range pengukuran : 500 – 1080 hPa ( station pressure & MSL pressure )

b) Akurasi target : 0,1 hPa

c) Resolusi pelaporan : 0,1 hPa

d) Waktu agar sensor konstan : 20 detik

e) Hasil akhir rata-rata : 1 menit

3. Cara Penggunaan

Tinggi rendahnya kolom air raksa diatas induk barometer air raksa tergantung oleh beberapa faktor, diantaranya:

a) faktor suhu

b) faktor gravitasi

c) faktor tinggi tempat

maka untuk memperoleh data hasil pengamatan tekanan udara yang dapat diperbandingkan antara tempat yang satu dengan tempat yang lainnya, perlu ditentukan suatu keadaan yang disebut sebagai keadaan standard. Keadaan standard yang dimaksud adalah meliputi:

a) Keadaan suhu standard, ialah keadaan pada suhu 00C, dimana kerapatan air raksa pada suhu 00C adalah 13595,1 kg/m3.

b) Keadaan gravitasi standard, ialah gravitasi pada lintang 450, dimana sesuai dengan convensi adalah 9,80665 m/s2.

c) Keadaan tinggi standard, ialah tinggi pada rata-rata tinggi air laut atau mean sea level yang biasa disingkat (m.s.l). Berdasarkan ketentuan-ketentuan tersebut, maka diperlukan suatu koreksi, yaitu:

a) Koreksi suhu

Koreksi ini perlu diadakan karena :

i. Adanya perbedaan pemuaian antara air raksa dengan skala-skala barometer terhadap perubahan keadaan suhu.

ii. Adanya perbedaan pemuaian antara air raksa dan induk barometer pada barometer tipe kew pattern.

Sehubungan dengan hal tersebut, setiap pengamatan atau pembacaan tekanan udara dengan menggunakan barometer air raksa harus dikoreksi terhadap suhu yang diperoleh jika barometer tidak berada pada keadaan suhu standard yaitu suhu 0oC. Untuk keperluan koreksi suhu ini maka pada setiap barometer air raksa tertempel sebuah termometer yang menunjukkan temperatur air raksa pada saat pengamatan, yang disebut sebagai termometer tempel.

b) Koreksi gravitasi

Koreksi ini perlu diadakan karena harga gravitasi pada tempat-tempat yang berlainan tidak selalu sama, maka pengaruhnya terhadap hasil pengamatan barometer juga berbeda-beda. Sehingga sesuai dengan tujuan diadakannya koreksi-koreksi tersebut, semua hasil dari pengamatan tekanan udara dengan menggunakan barometer air raksa harus dikoreksi terhadap suatu harga yang diperoleh bilamana barometer tersebut berada dalam keadaan gravitasi standard yaitu 9,80665 m/s2 yang merupakan harga yang diperoleh pada lintang 45o diatas permukaan laut (m.s.l).

c) Koreksi tinggi

Koreksi ini merupakan suatu penjabaran yang dilakukan, apabila dikehendaki untuk mendapatkan hasil pengamatan tekanan udara pada suatu permukaan tertentu, yang elevasinya berbeda dengan elevasi induk barometer. Misalnya untuk mendapatkan tekanan udara pada permukaan lapangan terbang atau stasiun meteorologi di lapangan terbang, dimana elevasi induk barometer berbeda dengan elevasi lapangan terbang atau stasiun, atau untuk mendapatkan tekanan udara permukaan laut dimana elevasi induk barometer tidak terletak setinggi permukaan laut.

Agar harga tekanan udara yang didapat dari beberapa tempat stasiun yang terletak pada elevasi yang berbeda dapat diperbandingkan, maka hasil pengamatan tekanan udara tersebut perlu dijabarkan ke suatu ketinggian dengan elevasi yang sama yaitu ketinggian standard yang telah ditentukan yaitu ketinggian rata-rata permukaan laut atau mean sea level. Harga tekanan yang didapat dari penjabaran ini disebut tekanan permukaan laut.

d) Koreksi indek

Koreksi ini diperlukan karena adanya kesalahan-kesalahan yang dapat terjadi pada alat barometer itu sendiri yang meliputi :

i. Kesalahan pembagian skala.

Dalam praktek sangat sulit untuk membagi dan membuat skala-skala secara sempurna. Terhadap kesalahan-kesalahan ini perlu adanya koreksi tertentu yang sudah dilakukan dari pabrik pembuat barometer tersebut.

ii. Kesalahan tekanan kapiler.

Kesalahan ini dapat terjadi karena permukaan air raksa dalam tabung gelas kapiler tidak membasahi dinding tabung gelas, sehingga bentuk puncak air raksa yang disebut sebagai minicus berbentuk cembung. Keadaan ini disebabkan karena kohesi antar molekul-molekul air raksa lebih besar daripada adhesi antara molekul air raksa dengan molekul gelas, sehingga permukaan minicus pada dinding gelas akan tertekan ke bawah. Keadaan ini dapat menghasilkan pembacaan barometer yang sedikit lebih rendah dari pada yang seharusnya.

iii. Kesalahan ruang hampa. 

Kesalahan kecil yang mungkin terjadi dari kemungkinan adanya sisa udara didalam tabung hampa diatas minicus air raksa.

iv. Kesalahan pembiasan sinar.

Kesalahan ini dapat terjadi dari adanya kemungkinan pembiasan cahaya pada saat menembus dinding gelas pipa barometer. Dengan adanya kesalahankesalahan tersebut, maka pembacaan barometer air raksa harus dikoreksi dengan suatu koreksi yang disebut dengan koreksi indeks. Pada barometer yang baik, kesalahan-kesalahan yang timbul karena hal-hal tersebut diatas harus kurang dari 0,1 mb. Setiap barometer mempunyai koreksi indeks tersendiri, yang dibuat oleh laboratorium pabrik dengan membandingkan tiap-tiap barometer yang diproduksi dengan barometer standard.

Jika barometer air raksa yang digunakan dipasang pada suatu tempat yang tetap, misalnya barometer air raksa pada suatu stasiun meteorologi didarat yang umumnya dipasang pada suatu tempat yang tetap. Biasanya dari beberapa koreksi tersebut diatas, dijadikan suatu tabel yang terdiri dari dua macam koreksi yaitu :

a) Tabel koreksi QFE untuk mencari tekanan udara permukaan stasiun atau lapangan terbang.

b) Tabel QFF untuk mencari tekanan udara permukaan laut.

Cara pembacaan pada barometer air raksa tipe kew pattern adalah sebagai berikut :

a) Baca suhu pada thermometer tempel, pembacaan ini harus dilakukan dengan secepat mungkin untuk menghindari naiknya suhu termometer akibat pengaruh dari suhu tubuh si pengamat.

b) Ketuk barometer secara perlahan-lahan dengan ujung jari dua atau tiga kali, agar letak air raksa dalam pipa menjadi mantap.

c) Usahakan agar permukaan putih dibelakang tabung yang akan dibaca Nampak terang. Jika keadaan ruangan tidak cukup terang, maka harus dinyalakan lampu penerangan yang disediakan untuk itu atau dengan menggunakan senter dan segera matikan setelah pembacaan selesai dilakukan.

d) Atur letak vernier sedemikian rupa sehingga bagian dasar vernier didepan dan belakang tepat segaris dengan puncak minicus. Jika penyetelan vernier ini tepat, maka cahaya terang hanya tampak dikanan kiri minicus dan tidak tampak celah-celah cahaya pada puncak dari minicus.

e) Baca skala yang ditunjukkan oleh vernier. Pertama-tama baca skala yang berada tepat di bawah dasar vernier. Pada beberapa barometer biasanya angka satuan nol dihapuskan jadi angka 101 berarti 1010 mb dan seterusnya.

f) Kemudian dicari skala vernier yang berimpit dengan skala barometer. Misalnya yang berimpit adalah skala 7, maka pembacaan barometer adalah 1010 + 0,7 = 1010,7 mb.

g) Dan yang terakhir harus dilakukan adalah mengadakan koreksi dari hasil pembacaan tersebut dengan melihat table yang telah dibuat berdasarkan koreksi-koreksi yang telah disebutkan sebelumnya.

4. Instalansi, kalibrasi, dan perawatan

Dalam menentukan tempat serta penempatan barometer, harus dipilih dan dilakukan dengan sangat teliti dan hati-hati. Ruangan dimana barometer akan ditempatkan harus memenuhi syarat-syarat pokok, yaitu:

a) Ditempatkan pada ruangan yang mempunyai suhu tetap (Homogen)

b) penerangan harus cukup baik untuk menghindarkan kesalahan membaca skala.

c) Barometer harus tergantung vertikal pada tempat yang kuat.

d) Terlindung dari kemungkinan-kemungkinan adanya gerakan-gerakan kasar.

e) Tidak boleh terkena sinar matahari langsung

f) Tidak boleh terkena angin langsung

g) Tidak boleh dekat lalu-lalang orang

h) Penerangan jangan terlalu besar, maximum 25 watts. 

Petunjuk cara pemasangan barometer yaitu sebagai berikut :

a) Keluarkan barometer dari kotak transportnya, posisi barometer dalam keadaan terbalik.

b) Ganti sekrup transport, dengan sekrup operasional yang tersedia.

c) Rubahlah posisi barometer yang terbalik tersebut secara perlahan-lahan, dengan cara memegang ujung tabung barometer dan bejana air raksanya. Selanjutnya gantungkan pada tempat gantungan yang telah tersedia. Usahakan setelah digantung tinggi bejana air raksa terhadap lantai kira-kira 3 feet.

d) Setelah barometer tergantung vertikal, kendurkan sekrup kecil yang terdapat pada permukaan bejana air raksa yang merupakan lubang ventilasi agar udara luar dapat masuk. Perhatikan sekrup jangan sampai terlepas.

e) Tunggu beberapa saat, sampai air raksa dalam tabung barometer turun. Apabila air raksa tidak bisa turun, maka ketuk bejana barometer secara perlahan dengan gagang obeng, sehinggan air raksanya menjadi turun.

f) Setelah air raksa turun, diamkan terlebih dahulu selama 24 jam, baru barometer air raksa dapat dioperasikan. Ketika kita akan membawa barometer air raksa ke suatu tempat, hal-hal yang harus diperhatikan antara lain yaitu :

a) Barometer diletakkan dalam kotak alat dengan posisi terbalik, sekrup yang terpasang pada bejana barometer adalah sekrup transport.

b) Pada saat membawa kotak alat (barometer) posisinya harus senantiasa tegak sepanjang perjalanan, sesuai petunjuk tanda panah yang ada.

c) Kotak alat ( barometer ) harus senantiasa dipegang, tidak boleh dimasukkan ke dalam bagasi.

d) Di dalam pesawat terbangn usahakan memilih tempat duduk ditepi jendela, agar kotak alat dapat disandarkan.

e) Sewaktu dilakukan pemeriksaan oleh petugas di bandara, barometer jangan direbahkan, cukup diberikan penjelasan ( alat meteorologi ) dan tunjukkan surat

pengantar dari BMG. Apabila diperlukan untuk dilihat, buka kotak alat dalam posisi tegak. Masalah yang biasa dialami oleh barometer dan cara mengatasinya adalah sebagai berikut :

a) Setiap 4 atau 5 tahun sekali barometer harus ditera kembali untuk menentukan perubahan koreksi indeks.

b) Kerusakan barometer yang paling mudah terjadi adalah masuknya udara ditabung atas. Ini kemungkinan terjadi karena dari transport yang kurang hati-hati atau waktu membalik barometer terlalu kasar. Cara mengatasinya barometer dibalik pelan-pelan, diletakkan tegak lurus, lalu udara dipancing dengan kawat baja kecil agar dapat dikeluarkan. Tetapi dengan cara ini kemungkinan keberhasilannya sangat kecil, jadi lebih baik

diganti dengan barometer yang baru.

c) Untuk mengetahui bahwa barometer itu masih baik atau tidak, caranya barometer dimiringkan pelan-pelan sehingga ujung air raksa dalam tabung mengalir dan menyentuh ujung tabung gelas. Jika tabung berbunyi nyaring, berarti tabung bagian atas masih hampa atau barometer masih baik. Kalau bunyinya kurang nyaring berarti barometer kurang baik, karena sudah kemasukkan udara.

d) Kadang pada tabung air raksa sebelah atas yang hampa udara, sering terdapat bintik-bintik air raksa, sehingga mengurangi pembacaan barometer. Cara mengatasinya yaitu barometer dimiringkan pelan-pelan sehingga bintik-bintik air raksa akan terbawa oleh ujung air raksa dalam tabung. Lakukan berulang-ulang sampai bintik-bintik air raksa bersih.

e) Barometer dianggap kurang baik apabila permukaan air raksa dalam tabung rata, hal ini disebabkan karena terdapat tekanan udara di ruang yang seharusnya hampa udara di atas air raksa. Kalau sudah seperti ini barometer harus cepat diganti. Untuk mengkalibrasi barometer air raksa ini digunakan suatu alat yaitu kalibrator barometer. Alat ini sebenarnya adalah Vacuum Chamber, yaitu sebuah tabung tertutup dengan tingkat hampa udara yang dapat diatur ( udara didalam tabung dikeluarkan secara perlahan dengan pompa penghisap udara ).

5. Kesimpulan

Barometer air raksa tipe Kew Pattern adalah sebuah alat meteorology konvensional yang digunakan untuk mengukur tekanan udara. Alat ini memanfaatkan sifat anomali air raksa dalam tabung hampa. Pada dasarnya pengukuran tekanan udara dengan barometer ini ialah membandingkan perbedaan tinggi air raksa dalam tabung dan didalam bejana. Air raksa dalam bejana berhubungan langsung dengan udara luar melalui sebuah lubang kecil, maka udara luar akan menekan air raksa di dalam bejana sehingga mendorong air raksa didalam tabung bergerak ke atas.

Data yang didapat dengan menggunakan barometer ini harus dikoreksi terlebih dahulu dengan beberapa koreksi yang telah disusun menjadi dua tabel yaitu tabel koreksi QFF untuk mencari tekanan udara di permukaan stasiun dan tabel koreksi QFE untuk mencari tekanan udara di permukaan laut.

Kelebihan barometer air raksa tipe kew pattern yaitu :

a) Praktis digunakan di tempat yang tetap karena tidak perlu menyetel terlebih dahulu jika ingin melakukan pengamatan.

b) Data yang dihasilkan dengan barometer ini lebih teliti dibandingkan dengan barometer aneroid atau barograf.

c) Lebih tahan lama dibandingkan alat pengukur tekanan udara yang lain selama ruang diatas air raksa tetap hampa.

Kelemahan barometer air raksa tipe kew pattern yaitu :

a) Peluang terjadinya kesalahan paralak sangat besar.

b) Tidak dapat mengetahui kapan terjadinya tekanan udara maksimum dan minimum.

Daftar pustaka

1. Tjasyono, Bayong. 2004. Klimatologi. Penerbit ITB: Bandung.

2. Hernowo, Bambang dan Suwignyo. 2000. Modul Meteorologi Umum. Badan Pendidikan dan Latihan Perhubungan : Jakarta.

3. Soepangkat. 1994. Pengantar Meteorologi. Balai Pendidikan dan Latihan Meteorologi dan Geofisika : Jakarta.

4. Soepangkat. 1992. Pengantar Pengamatan Permukaan Meteorologi Jilid 1. Balai Diklat Meteorologi dan Geofisika : Jakarta.

5. Rojali. 1997. Alat-Alat Meteorologi Jilid A. Balai Pendidikan dan Latihan Meteorologi dan Geofisika : Jakarta.

6. World Meteorology Organization. 2006. Guide To Meteorological Instruments and Methods of Observation. Geneva

7. www.gunthersclass.com Dec-20- 2007 time: 20:24:45

8. www.upscale.utoronto.ca Dec-20- 2007: 20:31:36

Makalah oleh : Muhammad Elifant Yuggotomo