Kereta Magnetic

APLIKAASI MAGNET DALAM DUNIA TEKNIK MESIN

(Kereta Magnetic)

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Magnetic Levitation

Magnetik Levitation (Maglev) adalah singkatan dari Magnetically Levitated Trains  yang dalam terjemahan bebasnya adalah kereta api yang mengambang secara magnetis. Sering juga disebut kerta api magnet. Secara sederhana, kereta maglev adalah kereta tanpa roda yang menggunakan tenaga magnet untuk melayang, menggerakkan, dan mengontrol jalannya kereta. Kita tahu bahwa dua buah magnet apabila didekatkan akan terjadi interaksi pada keduanya (masing-masing mendapatkan gaya magnet), kutub magnet yang berbeda jika didekatkan akan tarik menarik dan kutub magnet yang sejenis akan tolak menolak, konsep inilah yang merupakan prinsip dasar di balik mengapung dan bergeraknya kereta Maglev. Magnet yang digunakan pada proses kerja kereta Maglev ialah elektromagnet sehingga sifat kemagnetan, polarisasi kemagnetan dan medan magnet yang dihasilkannya dapat diatur sesuai dengan keinginan.

Ada tiga komponen yang dibutuhkan untuk sistem kereta seperti ini, yaitu:

1). Sumber daya listrik yang besar,

2). Kumparan logam pada lintasan rel, dan

3). Elektromagnet yang cukup kuat pada bagian bawah kereta.

2.2  Jenis Teknologi Kereta Maglev

Jerman telah mengembangkan jenis Suspensi Elektromagnetik (EMS) sistem, yang disebut Transrapid. Dalam sistem ini, bagian bawah kereta membungkus sekitar guideway baja. Elektromagnet melekat pada kereta bawah mobil diarahkan ke arah yang guideway, yang levitates kereta sekitar 1 / 3 dari (cm 1) inci di atas guideway dan terus melatih levitated bahkan ketika itu tidak bergerak. Magnet panduan lainnya tertanam dalam tubuh kereta tetap stabil selama perjalanan. Jerman telah menunjukkan bahwa kereta maglev Transrapid dapat mencapai 300 mph.

            Jepang sedang mengembangkan sebuah versi yang bersaing, kereta maglev yang menggunakan suspensi elektrodinamik (EDS) sistem, yang didasarkan pada gaya tolak-menolak magnet. Perbedaan utama antara kereta maglev Jepang dan Jerman adalah kereta api Jepang menggunakan super-cooled, elektromagnet superkonduktor. Jenis elektromagnet dapat menghantarkan listrik bahkan setelah aliran listrik telah dimatikan. Dalam sistem EMS, yang menggunakan elektromagnet standar, kumparan menghantarkan listrik hanya bila listrik mengalir. Dengan mendinginkan kumparan pada temperatur dingin, sistem Jepang menghemat energi. Namun, sistem kriogenik yang digunakan untuk mendinginkan kumparan harganya sangat mahal.

            Ada tiga jenis teknologi maglev:

•             Yang tergantung pada magnet superkonduktivitas atau suspensi elektrodinamik ( EDS system) dikembangkan oleh japan
•             Yang tergantung pada elektromagnetik terkontrol atau suspensi elektromagnetik ( EMS sistem) dikembangkan oleh German
•       Yang terbaru, mungkin lebih ekonomis, menggunakan magnet permanen (Inductrack)

 2.3 Prinsip Kerja Maglev

Hukum Lenz sebagai prinsip dasar Malev

Maglev atau "levitasi magnet" adalah teknik mengangkat objek menggunakan prinsip magnet dalam fisika dasar. Dua kutub magnet yang sama (misalnya, utara-utara atau selatan-selatan) akan tolak-menolak. Sedangkan dua kutub magnet yang berlainan, yaitu utara dan selatan, akan tarik-menarik. Secara umum, pengembangan teknologi maglev bisa dikategorikan dalam dua prinsip itu, yakni gaya tarik dan gaya tolak magnet.

Hukum lenz menyatakan, perubahan fluks magnet dalam ruang yang dikelilingi sistem kawat yang membentuk kumparan tertutup akan mengakibatkan terciptanya medan magnet yang melawan perubahan fluks magnet dalam sitem itu. Hal tersebut terjadi karena alam, dalam hal ini kumparan tertutup itu, ingin mempertahankan kondisi awal fluks magnet yang dimiliki ruang dalam lingkaran kawat tertutup tersebut. Hukum itu juga sering disebut kelembaman magnetik. Hukum tersebut kemudian digunakan menciptakan medan magnet yang cukup besar. Medan magnet itu diperhadapkan dengan medan magnet lain yang akan menciptakan gaya tarik, jika kedua kutub magnet yang berhadapan berlawanan arah atau gaya tolak jika kedua kutub magnet tersebut.

Seperti namanya, prinsip dari kereta api ini adalah memanfaatkan gaya angkat magnetik pada relnya sehingga terangkat sedikit ke atas, kemudian gaya dorong dihasilkan oleh motor induksi Linear. Kereta ini mampu melaju dengan kecepatan sampai 650 km/jam jauh lebih cepat dari kereta biasa. Kereta Maglev mengambang kurang lebih 10 mm di atas rel magnetiknya. Dorongan ke depan dilakukan melalui interaksi antara rel magnetik dengan mesin induksi yang juga menghasilkan medan magnetik di dalam kereta (lihat gambar).

                                                                 

                                                                

Gambar  Prinsip Kerja Maglev

Kumparan magnet berjalan di sepanjang trek, disebut guideway, repels magnet besar di kereta bawah mobil, yang memungkinkan kereta untuk melayang antara 0,39 dan 3,93 inci  (1 sampai 10 cm) di atas relnya. Setelah kereta yang levitated, listrik dipasok ke kumparan di dalam dinding guideway untuk menciptakan sebuah sistem unik medan magnet yang menarik dan mendorong kereta sepanjang guideway. Arus listrik yang dipasok ke kumparan di dinding guideway terus bolak mengubah polaritas kumparan magnet. Perubahan polaritas menyebabkan medan magnet di depan kereta untuk menarik kendaraan ke depan, sementara medan magnet di belakang kereta menambahkan dorongan lebih maju.

Gambar.  Komponen Maglev

Kereta Maglev mengapung di atas bantalan udara, menghilangkan gesekan. Kereta maglev bisa bergerak di karenakan di bagian bawah masing-masing kaki kereta maglev ada 2 bagian magnet yaitu magnet penyokong (support magnet) adalah magnet yang menarik kereta agar mengambang dan menggerakkannya sedangkan di bagian sisi-sisinya adalah magnet penuntun (guidance magnet) menjaga kereta tetap di jalur rel. Magnet penyokong dan penuntun ini di pasang pada kedua sisi sepanjang kaki kereta dan sistem kontrol elektronik memastikan kereta melayang di ketinggian 10mm dengan stabil.

Gambar.  Karakteristik Maglev

2.4  Kelebihan dan Kekurangan Maglev

Kelebihan utama dari kereta ini adalah kemampuannya yang bisa melayang di atas rel, sehingga tidak menimbulkan gesekan. Konsekuensinya, secara teoritis tidak akan ada penggantian rel atau roda kereta karena tidak akan ada yang aus (biaya perawatan dapat dihemat). Keuntungan sampingan lainnya adalah tidak ada gaya resistansi akibat gesekan. Gaya resistansi udara tentunya masih ada. Untuk itu dikembangkan lagi Kereta Maglev yang lebih aerodinamis. Dikarenakan bentuk dan kecepatan kereta yang fantastis ini, kebisingan (suara) yang ditimbulkan disaat kereta ini bergerak hampir sama dengan sebuah pesawat jet, dan di perhitungkan lebih mengganggu daripada kereta konvensional. Sebuah studi membuktikan suara yang ditimbulkan oleh kereta meglev dengan kereta konvensional biasa lebih bising sekitar 5dB yaitu 78% nya. Kekurangan lain kereta ini adalah di mahalnya investasi terutama pengadaan relnya.

Perbedaan mendasar antara MAGLEV dengan kereta konvensional biasa adalah :

·         Maglev tidak memiliki mesin seperti kereta konvensional biasanya yang
menggunakan mesin untuk membuat bergerak.

·         Maglev tidak menggunakan bahan bakar untuk bergerak tetapi
menggunakan magnetic rel.

·         Maglev tidak menggunakan mesin.

ENGINEERING MATERIAL

MENGENAL MACAM-MACAM BAHAN TEKNIK (ENGINEERING MATERIAL)

Alam disekitar kita terdiri dari berbagai jenis bahan (material) dan merupakan sumber potensial yang dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia. Jauh sebelum revolusi industri manusia telah merasakan manfaat material dan menyadari bahwa pemanfaatan material mampu mengubah peradaban manusia, oleh karena itu material (bahan) menjadi sangat penting artinya dan senantiasa berkembang sesuai dengan perkembangan peradaban, Ilmu Pengetahuan serta Teknologi manusia itu sendiri. Untuk itulah maka berbagai sumber daya alam dieksplorasi dan diolah secara besar-besaran. Teknologi informasi berpengaruh besar terhadap Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi secara global dan menjadikan persaingan ekonomi yang sangat ketat, sementara ketersediaan sumber daya alam akan bahan (material) menjadi sangat terbatas, tentu saja hal ini menuntut inovasi dan efisiensi pemanfaatan bahan alam secara optimal.

Bahan-bahan Teknik (Materrials for Engineering) dan cara pemilihannya

Yang dimaksud dengan bahan-bahan teknik ialah bahan (material) yang dapat digunakankan baik secara langsung maupun melalui proses pengolahan dan berfungsi sebagai bahan baku suatu produk yang bermanfaat.

Keragaman kebutuhan manusia akan suatu produk baik kualitas maupun kuantitasnya maka diperlukan pula keragaman dari bahan-bahan Teknik itu sendiri sebagai bahan bakunya, kendati semua material diperoleh dari alam namun untuk mempermudah dalam pemilihannya maka bahan teknik ini dikelompokkan berdasarkan pemakaiannya baik sebagai prduk jadi maupun sebagai bahan baku, dimana bahan-bahan digunakan secara langsung dan dipilih sesuai dengan sifat dan karakteristik alami dari bahan tersebut, bahan ini yang kita sebut sebagai bahan alam, namun ada juga bahan yang diolah terlebih dahulu agar memiliki sifat dan karakteristik secara spesifik atau menyerupai sifat dan karakteristik bahan-bahan alam tertentu sehingga memenuhi syarat kebutuhan sifat dan karakterristik suatu produk yang diinginkan dan bahan dari kelompok ini yang kita sebut sebagai bahan tiruan atau syntetic materials.

A. Bahan alam

Bahan alam merupakan bahan baku prorduk yang diperoleh dan digunakan secara langsung dari bahan alam, oleh karena itu produk akhir yang menggunakan bahan baku ini akan memiliki sifat yang sama dengan bahan asalnya, yang termasuk dalam kelompok ini antara lain kayu, batu, karet, kulit, keramik, Celulosa dan lain-lain.

B. Bahan-bahan tiruan (syntetic materials)

Bahan-bahan tiruan (syntetic materials) biasanya diperoleh dari senyawa kimia dengan komposisi berbagai unsur akan diperoleh suatu sifat tertentu secara spesifik atau sifat yang menyerupai sifat bahan alam. Bahan ini dikenal sebagai bahan plastic (Plastics Materrials), yakni suatu bahan yang pertama kali dibuat oleh Leo Baekeland seorang Belgia tahun 1907 dan dipatenkan dengan nama Baklite. Molekul yan kita sebut sebagai “Polymer” yang berarti, Materials Plastics yang terbentuk dari ikatan rantai atom-atom serta terdiri atas “beberapa Unit” ikatan rantai atom-atom tersebut. oleh karena itu proses pengikatan dengan molekul-molekul kecil ini dikenal sebagai “Polymerization”. Contoh dari bahan jenis ini ialah Polythene yakni Polymer yang terdiri atas 1200 atom Carbon pada setiap 2 atom Hydrogen sehingga memiliki tegangan serta keuletan yang tinggi.dan pada beberapa jenis plastic memiliki regangan yang besar yang dakibatkan oleh rantai ikatan yang panjang.

1. Thermoplastics

Thermoplastics dapat mencair melalui proses pemanasan dan dapat diubah bentuknya melalui pencetakan sebagaimana yang dilakukan pada bahan seperti Polythene, Polystyrene, Poly Vinyl Cloride (PVC), Nylon, Perspex, Propylene dan lain-lain

2. Thermosetting

Thermosetting memiliki perbedaan dengan thermoplastics dimana pemanasan akan hanya dapat melakukan perubahan formasi rantai molekul secara kimiawi dalam bentuk ikatan melintang tiga dimensi.

Gaya tarik antara rantai Molekul dapat terbentuk oleh pergeseran tempat molekul dalam pemisahan diri akibat larutan dari bahan tersebut. Tempat plastisizer memberikan pengaruh terhadap sifat polymer. Contohnya penambahan kapur barus pada Cellulose nitrate yang menghasilkan suatu zat yang perdagangan diketahui sebagai celluloid dan dapat dicetak melalui pemanasan.

Sifat-sifat mekanik dari bahan-bahan plastic dapat diperbaiki dengan penguatan oleh bahan tambah (filler material), serat fibre, serbuk gergaji, sampah kertas, majun dan lain-lain dapat meningkatkan tegangannya, serat asbes dapat meningkatkan ketahanan panasnya dan untuk resistensi arus listrik dapat digunakan mica. Bahan pelapis digunakan lembaran platic (Plastic-impregnated paper) dengan lapisan Cotton untuk pemakaian pada penguatan panel. Atau lapisan kayu untuk memperbaiki performanya. Serat penguat plastic (Fibre-reinforced) dicoba untuk meningkatkan tegangan dari keadaan rapuh dan lembek.

Fibre-glass telah digunakan sejak beberapa tahun yang lalu sebagai bahan pembuat body perahu, body kendaraan dan lain-lain. Penambahan unsur Carbon menjadikannya sebagai bahan composite yang ringan namun memiliki tegangan yang tinggi.

3. Karet sintetis (Synthetic-rubbers)

Karet alam diproduksi dari cairan latex atau getah pohon karet polymer yang panjang dengan rantai molekul yang berserakan, Karet alam memiliki kedua sifat yakni elastic dan thermoplastic, deformasi permanent dapat terjadi apabila diregang secara perlahan dengan peningkatan temperature. Charles Goodyer (1839) mengolahnya dengan mencampurkan latek dengan sulphur dan menghasilkan karet dengan sifat yang lebih kenyal dan elastic lembut serta tahan terhadap temperature tinggi dan dikembangkan menjadi faberik Vulcanizing sebagai mana yang kita kenal saat ini sebagai faberik ban (manufacture of tyre). 

The American-developed syntetic rubber, GR-S, yang merupakan polymer hasil pencampuran antara Butadiene dengan styrene, bahan ini memiliki sifat dan karakteristik yang sama dengan karet alam dengan harga yang lebih murah juga digunakan di paberik ban (manufacture of tyre), alas kaki (foot wear),pipa karet (hosepipe) sabuk konveyer serta isolasi kabel.

Neoprene ialah jenis lain dari karet syntetis yang memiliki sifat sama dengan karet alam dengan sifatnya yang sangat tahan terhadap minyak nabati dan oli mineral serta tahan terhadap temperature tinggi. Neoprene merupakan bahan yang relative mahal, pemakaiannya adalah sebagai bahan pipa, sabuk konveyer serta lapisan kabel.

Butyl-rubber merupakan co-polymer dari isobutylene dan isoprene, bahan ini sangat stabil terhadap bahan kimia dan temperratur tinggi, harganya sedikit lebih murah dari karet alam namun kurang tahan, kendati demikian karret ini tidak tembus udara dan gas dan digunakan sebagai bahan innertube, tubeless tyre, air bag peralatan olah raga, cetakan diapragma juga digunakan sebagai bahan hose, lapisan tangki serta sabuk konveyor (Conveyor belts).

Klasifikasi Baja

         

      Baja adalah logam paduan dengan besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Unsur paduan lain yang biasa ditambahkan selain karbon adalah mangan (manganese), krom (chromium), vanadium, dan tungsten. Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility).

Klasifikasi baja

• Berdasarkan komposisi
• Baja karbon
• Baja paduan rendah
• Baja tahan karat
• Berdasarkan proses pembuatan
• Tanur baja terbuka
• Dapur listrik
• Proses oksidasi dasar
• Berdasarkan bentuk produk
• Pelat batangan
• Tabung
• Lembaran
• Pita
• Bentuk struktural
• Berdasarkan struktur mikro
• Feritik
• Perlitik
• Martensitik
• Austenitik
• Berdasarkan kegunaan dalam konstruksi
• Baja Struktural
• Baja Non-Struktural

Baja paduan dibuat untuk mendapatkan sifat baja yang disesuaikan dengan masing-masing kebutuhan. Ada baja paduan rendah dan baja paduan tinggi bila dilihat dari unsur yang digunakan dan jumlah dari unsur untuk paduan baja tersebut. Berikut ini adalah beberapa unsur yang digunakan dalam paduan baja beserta fungsi masing-masing unsur tersebut untuk merubah sifat baja yang ada.

1. Silisium (Si). 

Merupakan unsur yang terkandung dalam jumlah kecil di dalam semua bahan besi dan ditambahkan dalam jumlah yang lebih besar pada beberapa jenis khusus.  Sifat Meningkatkan : Kekuatan, Kekerasan, Kemampuan mengeras secara keseluruhan, Kekenyalan, Ketahanan aus, Ketahanan terhadap panas dan karat, Ketahanan terhadap kekerasan. Menurunkan : Regangan, Kemampuan tempa dan las

2. Mangan (Mn). 

Merupakan unsur yang hampir sama dengan Si yaitu terkandung di dalam semua bahan besi dan ditambahkan dalam jumlah besar pada jenis khusus, sebagai contoh yaiu baja keras mangan dengan 13% Mn. Sifat Meningkatkan : Kekuatan, Kekerasan, Ketahanna aus, Pengeuatan pada pembentukan dingin. Menurunkan : Kemampuan serpih

3. Krom (Cr). 

Merupakan unsur terpenting untuk baja konstruksi dan perkakas serta baja tahan karat dan asam. Sifat Meningkatkan : Kekerasan, Kekuatan, Batas rentang, Ketahanan aus, Kemampuan dikeraskan, Ketahanan panas, kerak, karat dan asam, Kemudahan pemolesan. Menurunkan : Regangan dalam tingkat rendah.

4. Nikel (Ni). 

Merupakan unsur paduan untuk baja dimana jika ada unsur ini sebagai salah satu paduannya maka akan dapat dilas, disolder dan dikerjakan pada pengelupasan serpih dengan baik selain itu juga menjadi dapat dibentuk dalam kondisi dingin maupun panas, dapat dipoles dan dimagnetidadikan. Sifat Meningkatkan : ,Keuletan, Kekuatan, Pengerasan menyeluruh, Ketahanan karat, Tahanan listrik (kawat pemanas). Menurunkan : Kecepatan pendinginan, Regangan panas.

5. Molibdenum (Mo). 

Merupakan unsur yang pada umumnya dipadukan dengan baja dalam ikatan dengan Cr, Ni dan V. Sifat : Meningkatkan : Kekuatan tarik, Batas rentang, Batas rentang panas, Ketahanan panas, Suhu pijar pada perlakuan panas.  Menurunkan : Regangan, Kerapuhan pelunakan

6. Vanadium (V). 

Merupakan unsur yang mempunyai dampak mirip dengan Mo jika dipadu dengan baja, namun bedanya hanya pada tidak mengurangi regangan. Sifat Meningkatkan : Kekuatan, Batas rentang, Keuletan, Kekuatan panas, Suhu pijar pada perlakuan panas. Menurunkan : Kepekaan terhadap sengatan panas yang melewati batas pada perlakuan panas

7. Wolfram (W). 

Merupakan unsur yang terpenting dalam paduan bagi baja olah cepat dan logam keras, dikarenakan titik leburnya yang tinggi maka dapat digunakan untuk kawat pijar dan logam keras. Sifat  Meningkatkan : Kekerasan, Kekuatan, Batas rentang, Kekuatan panas, Ketahanan terhadap normalisasi dan daya sayat. Menurunkan : Sedikit regangan

8. Kobalt (Co). 

Merupakan unsur yang digunakan sebagai tambahan terhadap baja olah cepat dan baja terkeras. Sifat Meningkatkan : Kekerasan, Ketahanan aus, Ketahanan karat dan panas, Daya hantar listrik, Kejenuhan magnetis

9. Titanium (Ti). 

Merupakan unsur yang memiliki kekuatan yang sama seperti baja dan mempertahankan sifatnya hingga 400oC, maka seringkali menjadi paduan kawat las.  Sifat  Karbid Titanium memiliki kekerasan yang tinggi dan titik lebur yang tinggi karena merupakan unsur logam keras.

10. Tantalum (Ta).  

Merupakan unsur yang sangat tahan karat, baja krom anti karat menjadi dapat dilas baik jika dipadu dengan Ta. Sifat Memiliki titik lebur 3150oC, merupakan unsur dari logam keras, berat jenisnya 16,6 daN/mm3.

Rahasia Pesawat Bisa Terbang

Rahasia Pesawat Bisa Terbang

Pesawat terbang dipopulerkan oleh wright bersaudara pada tahun 1912. Dua orang amerika itu bukanlah orang pertama yang menemukan kendaraan terbang. Sebelumnya sudah ada leonardo da vinci, langley, hingga seorang jerman otto lilienthal yang berupaya untuk menggagas supaya manusia bisa terbang layaknya burung. Titik terang muncul ketika pertama kali dalam sejarah manusia, otto lilienthal seorang sarjana mesin jerman, menerbangkan glider tak bermesin pertama kali dari atas bukit hingga berhenti pada landasan tertentu. Penemuan otto lilienthal ini terdengar hingga ke penjuru dunia termasuk amerika. Hingga akhirnya berkunjunglah wright bersaudara ke jerman, tempat dimana otto lilienthal tinggal. Dengan menambahkan mesin pada glider yang dibuatnya kemudian hari di amerika, tentunya dengan meniru konsep asli alasan pesawat bisa terbang, wright bersaudara mencatat sejarah sebagai orang yang terbang menggunakan pesawat bermesin tanpa harus terbang dari bukit. Mengapa pesawat bisa terbang ???

Dalam dunia aeronautika ada beberapa hal yang harus diketahui untuk mengetahui mengapa pesawat bisa terbang :

Aerodinamika pesawat

Ilmu ini adalah kunci pertama yang menyebabkan pesawat bisa terbang. Dinamika fluida udara yang terjadi dalam permukaan kulit pesawat. Kita tahu bahwa sebagian besar pesawat terbang memiliki sayap. Dinamika fluida udara yang terjadi pada permukaan sayap adalah kekuatan kunci mengapa pesawat bisa terbang.

Contoh konkritnya seperti ini, coba gunakan papan seluas 1 m2 untuk membuktikannya. Anda angkat papan itu. Lantas anda naik motor dengan kencang, bisa dipastikan bahwa tangan anda akan merasakan bahwa seolah-olah papan itu akan terlepas dan terbang dari tangan. Ada lagi contoh lainnya, anda kendarai modil sedan seperti civic atau corolla altis dan bandingkan bus. Kecepatan 100 km/jam akan memberikan efek yang berbeda pada kedua jenis kendaraan. Akan lebih terasa ringan ketika anda menggunakan mobil sedan.

Secara fisika, hal ini sangat wajar. Misalkan papan tadi, anda merasakan bahwa papan serasa akan terbang. Tekanan permukaan bawah papan lebih besar dibandingkan permukaan atasnya. Mengapa tekanan dibawah secara alami bisa lebih besar? Hal ini disebabkan oleh kecepatan udara pada permukaan atas papan yang lebih besar dibanding permukaan bawahnya. Beda tekanan ini menyebabkan gaya angkat pada papan.

Hal ini berlaku juga untuk sayap pesawat terbang. Karena bentuk pesawat streamline dan smoot sehingga menyebabkan selisih tekanan yang begitu besar antara permukaan atas dan bawah. Aerodinamika pesawat inilah yang menentukan bentuk pesawat terutama sayap, seberapa streamlinenya untuk mendapatkan gaya angkat atau lift tertentu sehingga pesawat bisa terbang jauh diatas awan. Sederhana kan!!!

Struktur ringan

Meskipun streamline bentuknya sehingga didapatkan selisih tekanan besar untuk terbang, kalau tidak didukung oleh material pesawat yang ringan maka mustahil pesawat bisa terbang. Tidak asal pakai besi atau aluminium untuk struktur pesawat. Dan perlu diingat bahwa pesawat tidak dibuat hanya dengan satu jenis material. Ada aluminium alloy (Al2024, Al7075), titanium alloy, komposit, baja untuk landing gear/roda pesawat.

Prinsip struktur pesawat sangat berbeda dengan bangunan sipil. Kalau bangunan kurang kuat maka tinggal tambah semen atau material kuat lainnya, itu tidak berlaku untuk pesawat. Khusus untuk pesawat, materialnya harus kuat tetapi ringan. Sehingga harus dilakukan riset mendalam untuk memperoleh bahan seperti yang diinginkan. Ingat, kuat tapi ringan !!!

Sistem pesawat

Untuk terbang, diperlukan navigasi, listrik, dll. Inilah yang disebut sistem pesawat/avionics. Meliputi instrumen yang ada pada kokpit pesawat seperti pengukur tekanan, kecepatan, GPS untuk navigasi. Termasuk juga black box. Kotak hitam yang warnanya orange.

Engine

Komponen ini penting karena memberikan gaya dorong kedepan untuk membuat pesawat bisa terbang. Untuk bisa terbang terangkat ke atas memang diperlukan beda tekanan dari ilmu aerodinamika pesawat. Akan tetapi untuk mendapatkan beda tekanan itu, saat dilandasan pesawat harus didorong kedepan dengan kecepatan minimal tertentu sehingga memiliki gaya angkat tertentu untuk terbang. Ketika diatas pun mesin harus tetap operasi karena memberikan gaya dorong ke depan.

Jadi kesimpulannya, diperlukan integrasi ilmu dalam membuat pesawat terbang sehingga mampu beroperasi sesuai dengan keinginan kita. Tetapi yang utama adalah bagaimana bisa menghasilkan gaya angkat atau lift untuk terbang.

DASAR TEORI POMPA SENTRIFUGAL

POMPA SENTRIFUGAL

Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).

Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:

• gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar sehingga kecepatan fluida meningkat
• kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau head

Selain pompa sentrifugal, industri juga menggunakan pompa tipe positive displacement. Perbedaan dasar antara pompa sentrifugal dan pompa positive displacement terletak pada laju alir discharge yang dihasilkan oleh pompa. Laju alir discharge sebuah pompa sentrifugal bervariasi bergantung pada besarnya head atau tekanan sedangkan laju alir discharge pompa positive displacement adalah tetap dan tidak bergantung pada head-nya.

Centrifugal pump. Beberapa contoh pompa sentrifugal yang digunakan di salah satu gathering station.

  

Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal

Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat sepert gambar  berikut :

Rumah Pompa Sentrifugal

A. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.

B. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.

C. Shaft (poros)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

  

D. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.

E. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

F. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).

G. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

H. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

I. Wearing Ring

Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing  dengan impeller.

 J. Bearing

Beraing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.

 K. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).

Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

1. Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow.
2. Bentuk konstruksi dari impeller. Impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atau close impeller.
3. Banyaknya jumlah suction inlet. Beberapa pompa setrifugal memiliki suction inlet lebih dari dua buah. Pompa yang memiliki satu suction inlet disebut single-suction pump sedangkan untuk pompa yang memiliki dua suction inlet disebut double-suction pump.
4. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki beberapa impeller bersusun. Pompa yang memiliki satu impeller disebut single-stage pump sedangkan pompa yang memiliki lebih dari satu impeller disebut multi-stage pump.

Impeller. Ilustrasi aliran fluida dalam impeller sebuah pompa sentrifugal.

  

Impeller. Beberapa impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal.

Terminologi

Beberapa terminologi dan istilah khusus yang sering berkaitan dengan pompa, ialah:

1. TDH = Total Dynamic Head, yaitu besarnya head pompa. Merupakan selisih antara head discharge dengan head suction; terkadang disebut head atau total head.
2. BEP = Best Efficiency Point, yaitu kondisi operasi dimana pompa bekerja paling optimum.
3. NPSHr = Net Positive Suction Head required, yaitu nilai head absolut dari inlet pompa yang dibutuhkan agar tidak terjadi kavitasi.
4. NPSHa = Net Positive Suction Head available, yaitu nilai head absolut y ang tersedia pada inlet pompa. 

5. Kavitasi, yaitu kondisi dimana terjadinya bubble (gelembung udara) di dalam pompa akibat kurangnya NPSHa (terjadi vaporisasi) dan pecah pada saat bersentuhan dengan impeller atau casing. Agar tidak terjadi kavitasi, maka NPSHa harus lebih besar dari NPSHr.
6. Minimum flow, yaitu flow rate yang terkecil yang dibutuhkan agar pompa beroperasi dengan baik. Apabila laju alir lebih rendah dari minimum flow, pompa dapat mengalami kerusakan.
7. Efficiency, yaitu besarnya perbandingan antara energi yang dipakai (input) dengan energi output pompa.
8. BHP = brake horsepower, yaitu power (daya) yang dibutuhkan oleh pompa untuk bisa bekerja sesuai dengan kurvanya; memiliki satuan hp.

Kurva Perfomansi Pompa

Kurva performansi bermanfaat untuk menggambarkan beberapa parameter unjuk kerja dari pompa yang antara lain:

1. Besarnya head terhadap flow rate
2. Besarnya efisiensi terhadap flow rate
3. Besarnya daya yang dibutuhkan terhadap flow rate
4. Besarnya NPSHr terhadap flow rate
5. Besarnya minimum stable continuous flow

Performance Curve Kurva perfomansi yang menunjukkan pengaluran data-data head, flow rate, efisiensi, dan kebutuhan daya.

 Sentrifugal vs. Positive Displacement. Laju alir discharge sebuah pompa positive displacement selalu tetap dan tidak tergantung oleh total dynamic head.

Sistem Proteksi Pompa

Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari:

1. Proteksi terhadap aliran balik. Aliran keluaran pompa dilengkapi dengan check valve yang membuat aliran hanya bisa berjalan satu arah, searah dengan arah aliran keluaran pompa.
2. Proteksi terhadap overload. Beberapa alat seperti pressure switch low, flow switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem pompa untuk menghindari overload.
3. Proteksi terhadap vibrasi. Vibrasi yang berlebihan akan menggangu kinerja dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang ditambahkan untuk menghindari vibrasi berlebihan ialah vibration switch dan vibration monitor.
4. Proteksi terhadap minimum flow. Peralatan seperti pressure switch high (PSH), flow switch low (FSL), dan return line yang dilengkapi dengan control valve dipasang pada sistem pompa untuk melindungi pompa dari kerusakan akibat tidak terpenuhinya minimum flow.
5. Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki NPSHa yang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluida terakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan pada sistem pompa ialah level switch low (LSL) dan pressure switch low (PSL).

Perhitungan NPSHa. Berikut ini ilustrasi yang menunjukkan bagaimana perhitungan NPSH avaiable sebuah pompa.

  

Nametag. Contoh name tag sebuah pompa sentrifugal yang terdapat di pabrik. Terlihat bahwa head pompa ialah sebesar 990 ft.