Bagi para pendaki gunung, mungkin mereka perasan bahawa terdapat kesukaran untuk bernafas apabila mereka berada di paras altitud yang lebih tinggi daripada biasa. Ini disebabkan nilai tekanan atmosferik yang lebih rendah di tempat altitud tinggi sekali gus menyebabkan kekurangan oksigen berlaku.
Situasi kesukaran bernafas pada altitud tinggi bukanlah satu perkara yang baik. Jika ianya tidak dikawal dengan baik, seseorang boleh mengalami hipoksia iaitu keadaan yang mana berlakunya kekurangan oksigen pada tisu di dalam badan.
Para penumpang pesawat tidak merasa ini semua, kerana pesawat telah mempunyai sistem untuk mengawal tekanan di dalam kabin agar para penumpang dapat bernafas seperti biasa meskipun pesawat berada jauh lebih tinggi dari puncak gunung.
Penurunan nilai tekanan atmosferik ini turut memberi kesan kepada suhu didih air. Air akan lebih “mudah” untuk mendidih di atas puncak gunung berbanding dengan kawasan landai yang lain.
Untuk membayangkan kenapa ini terjadi, cuba anda bayangkan ada sebuah gunung yang baharu ditemui dengan ketinggian 5000 meter. Jika anda berada di puncak gunung tersebut, untuk mendidihkan air suhunya adalah pada 83.3°C seperti yang dapat dilihat di Jadual 1. Perubahan nilai suhu didih ini terjadi adalah disebabkan berlakunya perubahan kepada tekanan atmosferik ketika ketinggian semakin meningkat. Tekanan atmosferik pula mempunyai hubungan dengan suhu didih. Secara ringkasnya, hubungan ini dapat dilihat dengan menggunakan jadual 1 di bawah.
(Mana cerita buih? Sabar ya, yang tadi mukadimah dahulu.)
Sebelum kita bercerita lebih panjang, ada baiknya kita berkenalan dengan istilah tekanan ketepuan. Tekanan ketepuan dengan simbol Psat adalah tekanan yang mana bahan akan mengalami perubahan fasa pada suhu yang diberikan. Sebagai contoh, tekanan ketepuan ialah 101.3 kPa untuk air pada suhu 100°C.
Begitu juga sebaliknya, suhu ketepuan, Tsat adalah suhu yang mana bahan akan mengalami perubahan fasa pada tekanan yang diberikan. Sebagai contoh suhu ketepuan adalah 100°C untuk air pada tekanan 101.3 kPa.
Bagaimana nilai-nilai diperolehi? Sudah semestinya ianya adalah penelitian oleh pakar-pakar. (Nilai-nilai ini boleh anda rujuk pada mana-mana buku termodinamik di bahagian ‘Appendix’). Jadual 2 menunjukkan sebahagian dari nilai-nilai tersebut untuk tatapan pembaca.
Jika kita lihat pada jadual 2 di atas, suhu air mendidih adalah 0°C jika tekanan atmosfera ketika itu adalah 0.611 kPa. Cuba anda bayangkan jika elevasi pada ketinggian 10,000 (lebih tinggi sedikit dari ketinggian gunung Everest) suhu air mendidih adalah 66.3°C, anda mungkin boleh bayangan betapa ekstrimnya keadaan persekitaran pada suhu air mendidih 0°C.
Berbalik pada suhu dan tekanan ketepuan, istilah ini bergantung kepada apa yang menjadi asas rujukan. Jika yang dirujuk adalah suhu, maka tekanan pada suhu tersebut dipanggil tekanan ketepuan. Jika yang dirujuk adalah tekanan, maka suhu pada tekanan tersebut adalah suhu ketepuan.
Bidang turbo mesin (turbo machinery) adalah bidang yang melibatkan mesin-mesin bergerak dan memindahkan tenaga di antara rotor dan cecair. Antara mesin yang terkenal dalam bidang ini adalah turbin, propeller dan lain-lain. Dalam bidang ini tekanan ketepuan juga sinonim dengan tekanan wap dengan simbol Pv.
(Sekarang dah nak mula cerita mengenai buih)
Sekarang cuba bayangkan air di dalam sebuah sistem. Sekiranya berlaku perubahan kepada nilai tekanan pada air tersebut di mana sahaja dan tekanan ini sama atau lebih kurang dari nilai tekanan wap (P£Pv), pengewapan (vaporization) akan mula terjadi. Umum kita mengetahui apabila air mula mendidih akan muncul buih yang kelihatan sewaktu air sedang menggelegak.
Oh ya, mungkin ada yang keliru beza antara pengewapan (vaporization) dan penyejatan (evaporation). Pengewapan adalah proses yang mana bahan berubah bentuk kepada wap. Terdapat dua kaedah pengewapan. Pertama adalah penyejatan (evaporation) dan kedua adalah pendidihan (boiling).
Bayangkan pada sebuah kapal terdapat kipas propeller yang berputar di dalam air yang bersuhu 20°C sehingga tekanan di hujung bilah kipas tersebut menurun sehingga ke 2 kPa. Jika dirujuk pada jadual 2 di atas, pada suhu 20°C, PSat = Pv = 2.34 kPa, sedangkan tekanan dihujung bilah adalah lebih bawah dari nilai tersebut. Kriteria yang disebutkan tadi, P£Pv telah tercapai. Maka pada waktu ini proses pengewapan berlaku. Pada keadaan ini, air yang berada pada keadaan tersebut mula ‘mendidih’ dan wap air mula terbentuk. Buih dapat dilihat terbentuk di sekitar propeller tersebut.
Buih yang terbentuk akibat proses pengewapan ini akan mengikut pergerakan aliran air di dalam kawasan tersebut. Disini buih akan ’menghentam’ dinding propeller tersebut. Maka anda boleh bayangkan jika buih itu sangat banyak dan hentaman tersebut berlaku dengan tempoh yang masa, ianya sudah tentu tidak baik untuk propeller tersebut. Keadaan ini disebut sebagai keadaan peronggaan (cavitation). Kesan buih atau proses peronggaan dapat dilihat pada gambar-gambar di bawah.
Kesan peronggaan ini adalah tidak baik untuk sebuah komponen dan akan mengakibatkan sesebuah komponen tidak dapat berfungsi dengan baik atau optimum. Bayangkan bilah pada sebuah turbin yang sepatutnya tiada lubang dapat berpusing dan menghasilkan daya pada keadaan maksimum namun kerana terdapat lubang-lubang daya tersebut berkurang dan tidak berfungsi pada keadaan yang sepatutnya.
Jadi setelah melihat dan membaca ini semua, anda masih memandang rendah pada sang buih? Ya buih sangat bahaya. Anda perlu menerima hakikat buih bukan lawan anda. Cara paling mudah adalah untuk mengelakkan bertembung dengan buih.
Maka terdapat dua kaedah paling signifikan untuk mengelak bertemu dengan buih ini yang dicadangkan oleh pakar-pakar. Pertama anda perlu mereka bentuk (design) sebarang komponen yang terlibat dengan aliran cecair agar tekanan pada mana-mana bahagian komponen tersebut tidak kurang dari nilai Pv. Namun sudah semestinya ini kaedah yang sedikit rumit kerana anda perlu mengetahui bagaimana untuk mereka bentuk komponen tersebut dengan lebih baik tanpa mengorbankan fungsi komponen tersebut.
Cara kedua adalah cara yang paling mudah iaitu menyesuaikan suhu cecair agar Pv sentiasa lebih tinggi dari tekanan paling rendah dalam sistem. Namun sudah tentu kaedah ini tidak boleh digunakan secara mudah kerana ada waktunya suhu persekitaran bukan dalam kawalan kita.
Namun jika kita fikirkan secara mendalam, buih-buih ini telah mengajar kepada kita semua tentang satu perkara. Bayangkan kehebatan buih apabila mereka bersatu dalam tempoh masa yang lama, logam sahaja dapat mereka rosakkan. Bagaimana jika manusia bersatu?
