Konsep Fisis Penggunaan Termometer Bola Basah dan Bola Kering Pada Pengamatan Cuaca dan Iklim

Konsep dasar penggunaan Termometer Bola Kering (TBK) dan Termometer Bola Basah (TBB) pada pengamatan cuaca dan iklim

Climate4life.info - Menurut WMO, suhu udara adalah suhu yang ditunjukkan oleh termometer yang berhubungan langsung dengan udara, namun terhindar dari sengatan sinar matahari langsung. Untuk itu, termometer diletakkan dalam sangkar meteorologi atau thermometer screen atau yang dikenal juga dengan sebutan Stevenson Screen. 

Termometer bola kering (kiri) dan termometer bola basah (kanan) yang terbungkus kain muslin.
Gambar: http://www.rfuess-mueller.de

Di dalam sangkar meteorologi tersebut umumnya terdapat 1 set termometer yang terdiri dari:

1. Termometer Bola Kering (TBK), sebuah termometer biasa sesuai standar WMO
2. Termometer Bola Basah (TBB),  sebuah TBK yang diselubungi kain muslin basah
3. Termometer Maksimum, menunjukkan suhu udara tertinggi dalam 1 hari
4. Termometer Minimum, menunjukkan suhu udara terendah dalam 1 hari

Hasil pembacaan TBK merupakan gambaran suhu udara saat itu. adapun TBB menggambarkan suhu minimum yang harus dicapai agar udara yang berisi uap air dapat mencapai kondisi jenuh secara adiabatik.

Baca juga:
Sifat fisis atmosfer, uap air dan laju penurunan suhu udara di atmosfer alert-info

Kombinasi TBK dan TBB ini disebut juga psychrometer. Selisih pembacaan antara termometer bola kering dengan termometer bola basah akan menggambarkan tingkat kelembapan relatif atau relative humidity (RH) pada waktu tersebut. 

Metode ini banyak digunakan pada pengamatan konvensional. Semakin besar selisih antara TBK dan TBB berarti tingkat kelembapan semakin rendah yang menunjukkan laju kehilangan uap air di udara semakin meningkat.

Ketika udara jenuh di mana tidak ada pendinginan, suhu bola basah dan bola kering adalah sama.

Termometer Bola Kering (Dry Bulb)

TBK pada dasarnya adalah termometer biasa. Disebut bola kering karena bagian tabung yang berisi raksa tidak lembap atau terkena uap air.

Hubungan antara suhu wadah termometer (Ts) dengan suhu udara dalam wadah (T) dan suhu termometer bola kering tersebut (Tt) ditunjukkan oleh persamaan berikut:

di mana: 

• rH = resistansi perpindahan panas secara konveksi, yaitu panas sensibel
• rT = resistansi perpindahan panas radiasi

Persamaan di atas menunjukkan bahwa menunjukkan bahwa suhu yang dicatat oleh termometer adalah rata-rata tertimbang antara suhu sebenarnya dari udara dan suhu rumah termometer. Jika terdapat selisih yang besar antar Ts dan T, artinya hasil pembaca suhu dari termometer bola kering menjadi bias, bukan hasil sebenarnya.

Ada dua cara utama di mana perbedaan antara suhu udara nyata dan semu dapat diminimalkan, yaitu:

Pertama, dengan membuat rH jauh lebih kecil dari rR yaitu memisahkan sensor dari lingkungan radiasi, baik dengan ventilasi yang memadai atau dengan memilih termometer dengan diameter yang sangat kecil.

Inilah alasan menempatkan termometer dalam sebuah sangkar meteorologi.

Kedua, dengan membuat Ts sangat dekat dengan T , misalnya  dengan menggunakan logam reflektif atau layar dicat putih, dengan memperkenalkan insulasi antara permukaan luar dan dalam, atau dengan meningkatkan ventilasi di kedua sisi layar.

Hal ini diterapkan pada psikrometer Assman.

Panas sensibel adalah panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan/penurunan temperatur, tetapi phasa (wujud) tidak berubah.

Panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa (wujud) benda, tetapi temperaturnya tetap. alert-info

Termometer Bola Basah (Wet Bulb)

Suhu yang diperoleh dari termometer bola basah mengandung dua konotasi yaitu sebagai sebuah teori proses termodinamika dan secara praktek adalah termometer yang ditutupi dengan kain muslin basah.

Nilai suhu bola basah termodinamika dapat diturunkan dengan mempertimbangkan perilaku sampel udara yang tertutup dengan sejumlah air murni dalam wadah dengan dinding isolasi sempurna. Ini adalah sistem adiabatik di mana jumlah panas sensibel dan panas laten harus tetap konstan.

Keadaan awal udara dapat ditentukan oleh suhu T , tekanan uap e, dan tekanan total p. Pada saat e lebih kecil dari e_s(T) yaitu tekanan uap jenuh pada T , air akan menguap,  e dan p akan meningkat. 

Karena merupakan sistem adiabatik, kenaikan panas laten yang ditunjukkan dengan peningkatan konsentrasi uap air harus diimbangi dengan penurunan jumlah panas sensibel yang diwujudkan dengan pendinginan udara.

Proses pelembaban dan pendinginan berlanjut sampai udara pendingin menjadi jenuh pada suhu T',  yaitu suhu bola basah termodinamika minimum yang dapat dicapai dengan membawa parsel udara ke saturasi dengan penguapan dalam kondisi adiabatik. Tekanan uap jenuh yang sesuai adalah es(T').

Konsep fisis termometer bola basah ini menjadi kunci untuk memecahkan berbagai masalah yang berkaitan dengan pertukaran panas sensibel dan panas laten antara permukaan basah dan lingkungannya.

Grafik Psikrometrik

Perbandingan panas sensibel dengan panas laten yang ada dalam campuran udara-uap, dapat diketahui berdasarkan grafik psikormetrik antara suhu dari pembacaan termometer bola kering dan termometer bola basah.

Grafik psikrometrik menggambarkan suhu bola kering dan bola basah dan juga berbagai parameter ukuraan kelembapan udara.

Gambar: https://humiditycontrol.com/psychrometric-chart/

Jika udara di dalam ruangan benar-benar kering, sifat termalnya dapat ditentukan dengan menggunakan termometer konvensional untuk mengukur suhu bola keringnya.

Di sisi lain, jika termometer dengan bola basah bergerak turun cepat, penguapan artinya penguapan berlangsung hingga tingkat tertentu.

Pada udara relatif kering, penguapan cepat, menghasilkan pendinginan bola basah. Ini akan menghasilkan suhu termometer bola basah lebih rendah daripada suhu bola kering.

Ketika udara udara menjadi jenuh, pembacaan suhu bola kering dan bola basah akan mendekati sama. Perbedaan antara suhu bola kering dan bola basah dalam campuran udara-uap tertentu dikenal sebagai penurunan bola basah. 

Suhu bola basah (garis kuning) menunjukkan entalpi konstan. Artinya saat kondensasi atau penguapan terjadi, akan ada pemberian dan penerimaan yang sebanding dari panas sensibel dan laten.

Entalpi adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan jumlah total panas yang ada dalam campuran udara-uap. Ini adalah jumlah dari panas sensibel dan panas laten yang ada di udara. alert-info

Referensi:

1. Principles of Environmental Physics, Fourth Edition, John L. Monteith and Mike H. Unsworth
2. WMO, Part I. Measurement of meteorological variables
3. https://www.buildingenclosureonline.com/blogs/14-the-be-blog/post/87596-dry-bulb-temperature-wet-bulb-temperature-and-enthalpy

Climate4life.info mendapat sedikit keuntungan dari penayangan iklan dan digunakan untuk operasional blog ini.

Jika menurut anda artikel ini bermanfaat, maukah mentraktir kami secangkir kopi melalu "trakteer id"?