Soal UTS

pada kesempatan ini kita akan membahas soal UTS dibawah ini:

jawaban:

1.  Diketahui        : ρ_merkuri            = 13.000 kg/m³

  ρ_air      =   1.000 kg/m³

  ρ_minyak =      800 kg/m³

  g        =        10 m/s²

karena besar jarak pada gambar digambarkan dengan sudut 30⁰, maka harus dicari dahulu jarak yang sebenarnya ( tinggi secara vertikal ).

h₁            = 10 cm × sin 30⁰

            = 10 cm × 0,5

            = 5 cm                         = 0,05 m

h₂         = 20 cm × sin 30⁰

            = 20 cm × 0,5

            = 10 cm                       = 0,1 m

h₃         = 20 cm × sin 30⁰

            = 20 cm × 0,5

            = 10 cm                       = 0,1 m

Ditanyakan      : p_h1...?

                                                   p_h2...?

                                      p_h3...?

                                      p_h4...?

Untuk menyelesaikan soal di atas kita dapat menggunakan prinsip tekanan hidrostatik (p_h) dengan rumus p_h = ρ × g × h

Namun untuk besar tekanan hidrostatik pada titik 1 (p_h1) dapat diperoleh dari tekanan atmospher, karena massa jenis yang mempengaruhi tekanan hidrostatik pada titik 1 (p_h1) adalah massa jenis udara, sehingga tekanan hidrostatik yang ada pada titik 1 sama dengan tekanan atmospher, yaitu 1 atm

p_h1 = p_atm = 1 atm = 101 kPa

untuk besar tekanan hidrostatik pada titik 2 (p_h2) dapat diperoleh menggunakan prinsip tekanan hidrostatik (p_h) dengan rumus p_h = ρ × g × h, massa jenisnya menggunakan massa jenis minyak (ρ_minyak) dan tinggi h₁, setelah didapatkan hasilnya, tekanan tersebut dijumlahkan dengan tekanan hidrostatik pada titik 1 (p_h1), karena tekanan hidrostatik pada titik 2 (p_h2) dipengaruhi oleh tekanan hidrostatik pada titik 1 (p_h1).

p_h2          = (ρ_minyak          × g                   × h₁)                + ph1

                        = 800 kg/m³      × 10 m/s²            × 0,05 m          + 101 kPa

                        = 400 Pa          + 101 kPa

                        = 0,4 kPa         + 101 kPa

                        = 101,4 kPa

tekanan hidrostatik pada titik 3 (p_h3) dapat diperoleh menggunakan prinsip tekanan hidrostatik (p_h) dengan rumus p_h = ρ × g × h, massa jenisnya menggunakan massa jenis air (ρ_air) dan tinggi h₂, setelah didapatkan hasilnya, tekanan tersebut dijumlahkan dengan tekanan hidrostatik pada titik 2 (p_h2), karena tekanan hidrostatik pada titik 3 (p_h3) dipengaruhi oleh tekanan hidrostatik pada titik 2 (p_h2).

p_h3          =( ρ_air               × g                   × h₂)                + p_h2

                                = (1000 kg/m³  × 10 m/s²            × 0,1 m)           + 101,4 kPa

                        = 1000 Pa          + 101,4 kPa

                        = 1 kPa                + 101,4 kPa

                        = 102,4 kPa

untuk besar tekanan hidrostatik pada titik 4 (p_h4) dapat diperoleh menggunakan prinsip tekanan hidrostatik (p_h) dengan rumus p_h = ρ × g × h, massa jenisnya menggunakan massa jenis air (ρ_merkuri) dan tinggi h₃, setelah didapatkan hasilnya, tekanan tersebut dijumlahkan dengan tekanan hidrostatik pada titik 3 (p_h3), karena tekanan hidrostatik pada titik 4 (p_h4) dipengaruhi oleh tekanan hidrostatik pada titik 3 (p_h3) yang dipengaruhi oleh dipengaruhi oleh tekanan hidrostatik pada titik 2 (p_h2).

p_h4          = (ρ_merkuri                      × g                   × h₃₎                      + p_h3

                                = (13000 kg/m³               × 10 m/s²            × 0,1 m)           + 102,4 kPa

                        = 13000 Pa        + 102,4 kPa

                                = 13 kPa          + 102,4 kPa

                        = 115,4 kPa

2.  Diketahui        : jumlah massa (m)      = 160 kg

  ρ_kayu                           = 500 kg/m³

  ρ_air                              = 1000 kg/m³

  panjang kayu (p_k)      = 2 m

  lebar kayu (l_k)            = 2 m

  gravitasi (g)               = 10 m/s²

Ditanyakan      : tinggi kayu dalam keadaan terapung dan air tidak membasahi orang yang ada di atasnya (t_k) ....?

Soal diatas dapat diselesaikan denagn prinsip hukum archimedes, dimana bila ada sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya di dalam fluida mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan.

Pertama cari dulu volume air yang di pindahkan menggunakan rumus boyansi pada benda yang terapung.

∑ F = 0

Gaya boyansi (F_b) – massa benda (w) = 0

w         = F_b

m × g   = ρ_air × volume air yang dipindahkan (V_a) × g

m         = ρ_air × V_a

160 kg = 1000 kg/m³ × V_a

V_a           = 160 kg / 1000 kg/m³

V_a           = 0,16 m³

Setelah didapatkan volume air yang di pindahkan, selanjutnya mencari volume kayu yang terendam dalam air.

∑ F = 0

F_b – w = 0

w         = F_b

m × g   = ρ_air × V_a × g

ρ_kayu × V_kayu      = ρ_air × V_a

V_kayu      = ρ_air / ρ_kayu × V_a

V_kayu      = 1000 kg/m³ / 500 kg/m³ × 0,16 m³

V_kayu      = 0,32 m³

Setelah didapatkan volume kayu yang terendam dalam air, tinggal mencari tinggi papan kayunya.

V_kayu                      = p_k       × l_k         × t_k

0,32 m³                = 2 m   × 2 m   × t_k

t_k                             = 0,32 m³ / 4 m²

t_k                      = 0,08 m

Dari hasil perhitungan diatas, didapatkan bahwa tinggi papan kayu harus melebihi dari 0,08 meter.

3. 1)      Diketahui :

Vbola               = 4  ∏ Rᵌ ( R besar karena volume luar permukan bola emas )
                            3
Vudara             = 4  ∏ rᵌ ( r kecik karena volume permukaan dalam bola yang isinya udara )
                            3
Vemas              = 4  ∏ Rᵌ - 4  ∏ rᵌ  ( untuk mendapatkan volume emas adalah V bola - V udara)
                            3               3
ρ udara                 = 1 kg/mᵌ
ρ air                       = 1000 kg/mᵌ
ρ emas                  = 19300 kg/mᵌ

Fb = w 

ρ air.1/2 v bola. g                   =     (massa emas + massa udara ) g

1/2ρ air. v bola                          = ρ emas . v emas + ρ udara . v udara

  

kita masukan nilainya 

500. 4/3 ∏ Rᵌ    = 19300. 4/3 ∏ ( Rᵌ-rᵌ )   4  ∏

                                                                  3

500 Rᵌ = 19300 ( Rᵌ-rᵌ ) + rᵌ

secara sistematis kita tuliskan : 

500 Rᵌ = 19300 ( Rᵌ - rᵌ ) + rᵌ

500 Rᵌ = 19300 Rᵌ - 19300rᵌ + rᵌ

500 Rᵌ = 19300 Rᵌ - 19299rᵌ

19299rᵌ = 19300 Rᵌ - 500 Rᵌ

19299rᵌ = 18800 Rᵌ

18800 Rᵌ = 19299rᵌ

Rᵌ =  19299

rᵌ      18800

[ R ]ᵌ =  1, 02654  r 

kemudian pangkat tersebut dapat kita hilangkan 

4. Logika dari sebongkah  es yang terapung dalam gelas yang berisi air penuh, yaitu tidak akan ada air yang tumpah pada saat perubahan wujud dari zat padat es berubah ke cairkarena disaat air menjadi es akan mengalami penambahan volume yang disebabkan oleh molekul-molekul pembentuk yang mengalami perubahan struktur dari cair menjadi padat. Maka ketika es tersebut mencair di dalam gelas yang berisi air penuh tidak akan ada penambahan air yang menyebabkan tumpah. 

TEORI DASAR PNEUMATIC DAN FUNGSINYA

Teori Dasar Sistem Pneumatic dan Fungsinya

Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Perkataan pneumatik berasal bahasa Yunani “ pneuma “ yang berarti “napas” atau “udara”. Jadi pneumatik berarti terisi udara atau digerakkan oleh udara mampat. Pneumatik merupakan cabang teori aliran atau mekanika fluida dan tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran udara melalui suatu sistem saluran, yang terdiri atas pipa-pipa, selang-selang, gawai dan sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara mampat.

Pneumatik menggunakan hukum-hukum aeromekanika, yang menentukan keadaan keseimbangan gas dan uap (khususnya udara atmosfir) dengan adanya gaya-gaya luar (aerostatika) dan teori aliran (aerodinamika). Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanik dimana udara memindahkan suatu gaya atau gerakan. Jadi pneumatik meliputi semua komponen mesin atau peralatan, dalam mana terjadi proses-proses pneumatik. Dalam bidang kejuruan teknik pneumatik dalam pengertian yang lebih sempit lagi adalah teknik udara mampat (udara bertekanan).




Komponen-komponen Pneumatik

Komponen pneumatik beroperasi pada tekanan 8 s.d. 10 bar, tetapi dalam praktik dianjurkan beroperasi pada tekanan 5 s.d. 6 bar untuk penggunaan yang ekonomis.
Beberapa bidang aplikasi di industri yang menggunakan media pneumatik dalam hal penangan material adalah sebagai berikut :
a. Pencekaman benda kerja
b. Penggeseran benda kerja
c. Pengaturan posisi benda kerja
d. Pengaturan arah benda kerja

Penerapan pneumatik secara umum :
a. Pengemasan (packaging)
b. Pemakanan (feeding)
c. Pengukuran (metering)
d. Pengaturan buka dan tutup (door or chute control)
e. Pemindahan material (transfer of materials)
f. Pemutaran dan pembalikan benda kerja (turning and inverting of parts)
g. Pemilahan bahan (sorting of parts)
h. Penyusunan benda kerja (stacking of components)
i. Pencetakan benda kerja (stamping and embosing of components)

Susunan sistem pneumatik adalah sebagai berikut :
a. Catu daya (energi supply)
b. Elemen masukan (sensors)
c. Elemen pengolah (processors)
d. Elemen kerja (actuators)

1.1 Alasan Pemakaian Pneumatik
Persaingan antara peralatan pneumatik dengan peralatan mekanik, hidrolik atau elektrik makin menjadi besar. Dalam penggunaannya sistem pneumatik diutamakan karena beberapa hal yaitu :
a. paling banyak dipertimbangkan untuk beberapa mekanisasi,
b. dapat bertahan lebih baik terhadap keadaan-keadaan tertentu
Sering kali suatu proses tertentu dengan cara pneumatik, berjalan lebih rapi (efisien) dibandingkan dengan cara lainnya. Contoh :
1). Palu-palu bor dan keling pneumatik adalah jauh lebih baik dibandingkan dengan perkakas-perkakas elektrik serupa karena lebih ringan, lebih ada kepastian kerja dan lebih sederhana dalam pelayanan.
2). Pesawat-pesawat pneumatik telah mengambil suatu kedudukan monopoli yang penting pada :
a). rem-rem udara bertekanan untuk mobil angkutan dan gerbong-gerbong kereta api, alat-alat angkat dan alat-alat angkut.
b). pistol-pistol ( alat cat semprot, mesin-mesin peniup kaca, berbagai jenis penyejukan udara, kepala-kepala asah kecepatan tinggi ).

Udara bertekanan memiliki banyak sekali keuntungan, tetapi dengan sendirinya juga terdapat segi-segi yang merugikan atau lebih baik pembatasan-pembatasan pada penggunaannya. Hal-hal yang menguntungkan dari pneumatik pada mekanisasi yang sesuai dengan tujuan sudah diakui oleh cabang-cabang industri yang lebih banyak lagi. Pneumatik mulai digunakan untuk pengendalian maupun penggerakan mesin-mesin dan alat-alat.

1.2 Keuntungan Pemakaian Pneumatik
a. Merupakan media/fluida kerja yang mudah didapat dan mudah diangkut :
1). Udara dimana saja tersedia dalam jumlah yang tak terhingga.
2). Saluran-saluran balik tidak diperlukan karena udara bekas dapat dibuang bebas ke atmosfir, sistem elektrik dan hidrolik memerlukan saluran balik.
3). Udara bertekanan dapat diangkut dengan mudah melalui saluran-saluran dengan jarak yang besar, jadi pembuangan udara bertekanan dapat dipusatkan dan menggunakan saluran melingkar semua pemakai dalam satu perusahaan dapat dilayani udara bertekanan dengan tekanan tetap dan sama besarnya. Melalui saluran-saluran cabang dan pipa-pipa selang, energi udara bertekanan dapat disediakan dimana saja dalam perusahaan.

b. Dapat disimpan dengan mudah :
1). Sumber udara bertekanan ( kompresor ) hanya menyerahkan udara bertekanan kalau udara bertekanan ini memang digunakan. Jadi kompresor tidak perlu bekerja seperti halnya pada pompa peralatan hidrolik.
2). Pengangkutan ke dan penyimpanan dalam tangki-tangki penampung juga dimungkinkan.
3). Suatu daur kerja yang telah dimulai selalu dapat diselesaikan, demikian pula kalau penyediaan listrik tiba-tiba dihentikan.

c. Bersih dan kering :
1). Udara bertekanan adalah bersih. Kalau ada kebocoran pada saluran pipa, benda-benda kerja maupun bahan-bahan disekelilingnya tidak akan menjadi kotor.
2). Udara bertekanan adalah kering. Bila terdapat kerusakan pipa-pipa tidak akan ada pengotoran-pengotoran, bintik minyak dansebagainya.
3). Dalam industri pangan , kayu , kulit dan tenun serta pada mesin-mesin pengepakan hal yang memang penting sekali adalah bahwa peralatan tetap bersih selama bekerja.
Sistem pneumatik yang bocor bekerja merugikan dilihat dari sudut ekonomis, tetapi dalam keadaan darurat pekerjaan tetap dapat berlangsung. Tidak terdapat minyak bocoran yang mengganggu seperti pada sistem hidrolik.

d. Tidak peka terhadap suhu
1). Udara bersih ( tanpa uap air ) dapat digunakan sepenuhnya pada suhu-suhu yang tinggi atau pada nilai-nilai yang rendah, jauh di bawah titik beku ( masing-masing panas atau dingin ).
2). Udara bertekanan juga dapat digunakan pada tempat-tempat yang sangat panas, misalnya untuk pelayanan tempa tekan, pintu-pintu dapur pijar, dapur pengerasan atau dapur lumer.
3). Peralatan-peralatan atau saluran-saluran pipa dapat digunakan secara aman dalam lingkungan yang panas sekali, misalnya pada industri-industri baja atau bengkel-bengkel tuang (cor).

e. Aman terhadap kebakaran dan ledakan
1). Keamanan kerja serta produksi besar dari udara bertekanan tidak mengandung bahaya kebakaran maupun ledakan.
2). Dalam ruang-ruang dengan resiko timbulnya kebakaran atau ledakan atau gas-gas yang dapat meledak dapat dibebaskan, alat-alat pneumatik dapat digunakan tanpa dibutuhkan pengamanan yang mahal dan luas. Dalam ruang seperti itu kendali elektrik dalam banyak hal tidak diinginkan.

f. Tidak diperlukan pendinginan fluida kerja
1). Pembawa energi (udara bertekanan) tidak perlu diganti sehingga untuk ini tidak dibutuhkan biaya. Minyak setidak-tidaknya harus diganti setelah 100 sampai 125 jam kerja.

g. Rasional (menguntungkan)
1). Pneumatik adalah 40 sampai 50 kali lebih murah daripada tenaga otot. Hal ini sangat penting pada mekanisasi dan otomatisasi produksi.
2). Komponen-komponen untuk peralatan pneumatik tanpa pengecualian adalah lebih murah jika dibandingkan dengan komponen-komponen peralatan hidrolik.

h. Kesederhanaan (mudah pemeliharaan)
1). Karena konstruksi sederhana, peralatan-peralatan udara bertekanan hampir tidak peka gangguan.
2). Gerakan-gerakan lurus dilaksanakan secara sederhana tanpa komponen mekanik, seperti tuas-tuas, eksentrik, cakera bubungan, pegas, poros sekerup dan roda gigi.
3). Konstruksinya yang sederhana menyebabkan waktu montase (pemasangan) menjadi singkat, kerusakan-kerusakan seringkali dapat direparasi sendiri, yaitu oleh ahli teknik, montir atau operator setempat.
4). Komponen-komponennya dengan mudah dapat dipasang dan setelah dibuka dapat digunakan kembali untuk penggunaan-penggunaan lainnya.

i. Sifat dapat bergerak
1). Selang-selang elastik memberi kebebasan pindah yang besar sekali dari komponen pneumatik ini.

j. Aman
1). Sama sekali tidak ada bahaya dalam hubungan penggunaan pneumatik, juga tidak jika digunakan dalam ruang-ruang lembab atau di udara luar. Pada alat-alat elektrik ada bahaya hubungan singkat.

k. Dapat dibebani lebih ( tahan pembebanan lebih )
Alat-alat udara bertekanan dan komponen-komponen berfungsi dapat ditahan sedemikian rupa hingga berhenti. Dengan cara ini komponen-komponen akan aman terhadap pembebanan lebih. Komponen-komponen ini juga dapat direm sampai keadaan berhenti tanpa kerugian.
1). Pada pembebanan lebih alat-alat udara bertekanan memang akan berhenti, tetapi tidak akan mengalami kerusakan. Alat-alat listrik terbakar pada pembebanan lebih.
2). Suatu jaringan udara bertekanan dapat diberi beban lebih tanpa rusak.
3). Silinder-silinder gaya tak peka pembebanan lebih dan dengan menggunakan katup-katup khusus maka kecepatan torak dapat disetel tanpa bertingkat.

l. Jaminan bekerja besar
Jaminan bekerja besar dapat diperoleh karena :
1). Peralatan serta komponen bangunannya sangat tahan aus.
2). Peralatan serta komponen pada suhu yang relatif tinggi dapat digunakan sepenuhnya dan tetap demikian.
3). Peralatan pada timbulnya naik turun suhu yang singkat tetap dapat berfungsi.
4). Kebocoran-kebocoran yang mungkin ada tidak mempengaruhi ketentuan bekerjanya suatu instalasi.

m. Biaya pemasangan murah
1). Mengembalikan udara bertekanan yang telah digunakan ke sumbernya (kompresor) tidak perlu dilakukan. Udara bekas dengan segera mengalir keluar ke atmosfir, sehingga tidak diperlukan saluran-saluran balik, hanya saluran masuk saja.
2). Suatu peralatan udara bertekanan dengan kapasitas yang tepat, dapat melayani semua pemakai dalam satu industri. Sebaliknya, pengendalian-pengendalian hidrolik memerlukan sumber energi untuk setiap instalasi tersendiri (motor dan pompa).

n. Pengawasan (kontrol)
1). Pengawasan tekanan kerja dan gaya-gaya atas komponen udara bertekanan yang berfungsi dengan mudah dapat dilaksanakan dengan pengukur-pengukur tekanan (manometer).

o. Fluida kerja cepat
1). Kecepatan-kecepatan udara yang sangat tinggi menjamin bekerjanya elemen-elemen pneumatik dengan cepat. Oleh sebab itu waktu menghidupkan adalah singkat dan perubahan energi menjadi kerja berjalan cepat.
2). Dengan udara mampat orang dapat melaksanakan jumlah perputaran yang tinggi ( Motor Udara ) dan kecepatan-kecepatan piston besar (silinder-silinder kerja ).
3). Udara bertekanan dapat mencapai kecepatan alir sampai 1000 m/min (dibandingkan dengan energi hidrolik sampai 180 m/min ).
4). Dalam silinder pneumatik kecepatan silinder dari 1 sampai 2 m/detik mungkin saja ( dalam pelaksanaan khusus malah sampai 15 m/detik ).
5). Kecepatan sinyal-sinyal kendali pada umumnya terletak antara 40 dan 70 m/detik (2400 sampai 4200 m/min)

p. Dapat diatur tanpa bertingkat
1). Dengan katup pengatur aliran, kecepatan dan gaya dapat diatur tanpa bertingkat mulai dari suatu nilai minimum (ditentukan oleh besarnya silinder) sampai maksimum (tergantung katup pengatur yang digunakan).
2). Tekanan udara dengan sederhana dan kalau dibutuhkan dalam keadaan sedang bekerja dapat disesuaikan dengan keadaan.
3). Beda perkakas rentang tenaga jepitnya dapat disetel dengan memvariasikan tekanan udara tanpa bertingkat dari 0 sampai 6 bar.
4). Tumpuan-tumpuan dapat disetel guna mengatur panjang langkah silinder kerja yang dapat disetel terus-menerus (panjang langkah ini dapat bervariasi sembarang antara kedua kedudukan akhirnya).
5). Perkakas-perkakas pneumatik yang berputar dapat diatur jumlah putaran dan momen putarnya tanpa bertingkat.

q. Ringan sekali
Berat alat-alat pneumatik jauh lebih kecil daripada mesin yang digerakkan elektrik dan perkakas-perkakas konstruksi elektrik (hal ini sangat penting pada perkakas tangan atau perkakas tumbuk). Perbandingan berat (dengan daya yang sama) antara :
• motor pneumatik : motor elektrik = 1 : 8 (sampai 10)
• motor pneumatik : motor frekuensi tinggi = 1 : 3 (sampai 4)

r. Kemungkinan penggunaan lagi (ulang)
Komponen-komponen pneumatik dapat digunakan lagi, misalnya kalau komponen-komponen ini tidak dibutuhkan lagi dalam mesin tua.
r. Konstruksi kokoh
Pada umumnya komponen pneumatik ini dikonstruksikan secara kompak dan kokoh, dan oleh karena itu hampir tidak peka terhadap gangguan dan tahan terhadap perlakuan-perlakuan kasar.

s. Fluida kerja murah
Pengangkut energi (udara) adalah gratis dan dapat diperoleh senantiasa dan dimana saja. Yang harus dipilih adalah suatu kompresor yang tepat untuk keperluan tertentu; jika seandainya kompresor yang dipilih tidak memenuhi syarat, maka segala keuntungan pneumatik tidak ada lagi.

1.3 Kerugian / terbatasnya Pneumatik
a. Ketermampatan (udara).
Udara dapat dimampatkan. Oleh sebab itu adalah tidak mungkin untuk mewujudkan kecepatan-kecepatan piston dan pengisian yang perlahan-lahan dan tetap, tergantung dari bebannya.
Pemecahan :
• kesulitan ini seringkali diberikan dengan mengikutsertakan elemen hidrolik dalam hubungan bersangkutan, tertama pada pengerjaan-pengerjaan cermat ( bor, bubut atau frais ) hal ini merupakan suatu alat bantu yang seringkali digunakan.

b. Gangguan Suara (Bising)
Udara yang ditiup ke luar menyebabkan kebisingan (desisan) mengalir ke luar, terutama dalam ruang-ruang kerja sangat mengganggu.
Pemecahan :
• dengan memberi peredam suara (silincer)

c. Kegerbakan (volatile)
Udara bertekanan sangat gerbak (volatile). Terutama dalam jaringan-jaringan udara bertekanan yang besar dan luas dapat terjadi kebocoran-kebocoran yang banyak, sehingga udara bertekanan mengalir keluar. Oleh karena itu pemakaian udara bertekanan dapat meningkat secara luar biasa dan karenanya harga pokok energi “berguna” sangat tinggi.
Pemecahan :
• dapat dilakukan dengan menggunakan perapat-perapat berkualitas tinggi.

d. Kelembaban udara
Kelembaban udara dalam udara bertekanan pada waktu suhu menurun dan tekanan meningkat dipisahkan sebagai tetesan air (air embun).
Pemecahan :
• penggunaan filter-filter untuk pemisahan air embun (dan juga untuk penyaring kotoran-kotoran).

e. Bahaya pembekuan
Pada waktu pemuaian tiba-tiba (dibelakang pemakai udara bertekanan) dan penurunan suhu yang bertalian dengan pemuaian tiba-tiba ini, dapat terjadi pembentukan es.
Pemecahan :
• Batasi pemuaian udara bertekanan dalam perkakas-perkakas pneumatik.
• Biarkan udara memuai sepenuhnya pada saat diadakan peniupan ke luar.

f. Kehilangan energi dalam bentuk kalor.
Energi kompresi adiabatik dibuang dalam bentuk kalor dalam pendingin antara dan akhir. Kalor ini hilang sama sekali dan kerugian ini hampir tidak dapat dikurangi.

g. Pelumasan udara bertekanan
Oleh karena tidak adanya sistem pelumasan untuk bagian-bagian yang bergerak, maka bahan pelumas ini dimasukkan bersamaan dengan udara yang mengalir, untuk itu bahan pelumas harus dikabutkan dalam udara bertekanan.

h. Gaya tekan terbatas
1). Dengan udara bertekanan hanya dapat dibangkitkan gaya yang terbatas saja. Untuk gaya yang besar, pada tekanan jaringan normal dibutuhkan diameter piston yang besar.
2). Penyerapan energi pada tekanan-tekanan kejutan hidrolik dapat memberi jalan keluar.

i. Ketidakteraturan
Suatu gerakan teratur hampir tidak dapat diwujudkan :
1). Pada pembebanan berganti-ganti
2). Pada kecepatan-kecepatan kecil (kurang dari 0,25 cm/det) dapat timbul ‘stick-slip effect’.

j. Tidak ada sinkronisasi
Menjalankan dua silinder atau lebih paralel sangat sulit dilakukan.

k. Biaya energi tinggi
Biaya produksi udara bertekanan adalah tinggi. Oleh karena itu untuk produksi dan distribusi dibutuhkan peralatan-peralatan khusus. Setidak-tidaknya biaya ini lebih tinggi dibandingkan dengan penggerak elektrik.
Perbandingan biaya ( tergantung dari cara penggerak ) :
• Elektrik : Pneumatik = 1 : 10 (sampai 12)
• Elektrik : Hidrolik = 1 : 8 (sampai 10)
• Elektrik : Tangan = 1 : 400 (sampai 500)

1.4 Pemecahan Kerugian Pneumatik
Pada umumnya, hal-hal yang merugikan dapat dikurangi atau dikompensasi dengan :
a. Peragaman yang cocok dari komponen-komponen maupun alat pneumatik.
b. Pemilihan sebaik mungkin sistem pneumatik yang dibutuhkan.
c. Kombinasi yang sesuai dengan tujuannya dari berbagai sistem penggerakan dan pengendalian (elektrik, pneumatik dan hidrolik).

Tekanan Hidrostatik

pembahasan pada kesempatan ini adalah Hukum Pascal mengenai Tekanan.

Bunyi Hukum Pascal

“tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah” .. Blaise Pascal (1623 – 1662).

Maksudnya gimana sih? Maksudnya gini.. Bila tekanan pada suatu titik dalam zat cair ditambah dengan suatu harga, maka tekanan semua titik di tempat lain dan pada zat cair yang sama akan bertambah dengan harga yang sama pula. Hal ini dikenal sebagai Prinsip Pascal.

Untuk lebih jelasnya simak uraian berikut :

Gbr 1. Sistem Kerja Hidrolik

Karena zat cair diteruskan sama besar ke segala arah, Maka P₁ pada Input Forcetekanannya sama besar dengan P₂ pada Output Force . That’s Why alias dengan begitu diperoleh rumus P₁ = P_2. Abaikan rumus pada gambar diatas dahulu yah, hehe..

Karena P₁ = P₂ , Maka F₁/A₁ = F₂/A₂

Atau jika beban yang diangkat merupakan Gaya Berat (W), maka :

F₁/A₁= W₂/A₂

 atau ;

W₂ =  (A₂/A₁) F₁

Dengan, W₂ = beban yang akan diangkat (misal mobil)  (N)

                F₁ = gaya tekan pada dongkrak (N)

                A = luas penampang (m²)

Dari persamaan di atas dapat terlihat, bahwa jika ingin gaya tekan kecil maka luas penampang kedua harus lebih besar. Dan pemanfaatan prinsip Pascal dalam keseharian dan teknologi adalah Dongkrak Hidrolik, Pompa Hidrolik, Mesin Hidrolik pengangkat Mobil, Rem Piringan Hidrolik, Mesin Pengepress Hidrolik dan lain sebagainya.

Contoh Soal:

Seorang pekerja bengkel memberikan gaya tekan pada pompa hidrolik dengan gaya 300 N. apabila perbandingan penampang silinder kecil dan besar 1 : 10, Berapa Berat beban yang dapat diangkat oleh pekerja tersebut?

Jawab:

W₂ = (A₂/A₁)  F₁

W₂ =  (10/1) 300 N

W₂ = 3000 N

Jadi beban yang bisa diangkat adalah 3000 N

Bagaimana?? Mudah dipahami bukan? Ternyata konsep tekanan berhubungan erat dengan kehidupan kita sehari-hari yaaa? Itulah pembahasan mengenai Hukum Pascal Mengenai Tekanan. Semoga bermanfaat bagi Saya dan Anda sebagai pembacanya.

Sekian semoga bermanfaat

MESIN BAKAR DALAM

TUJUAN

Agar pembaca dapat mengetahui pengetahuan dasar internal combustion engine (ICE)

1.      Pendahuluan

Klasifikasi motor bakar dapat dilihat pada gambar 1.1 . External combustion engine (ECE) memiliki fluida kerja yang terpisah dengan campuran udara-bahan bakar, sedangkan fluida dari internal combustion engine (ICE) adalah produk campuran bahan udara-bahan bakar...

 

Gambar 1.1 Klasifikasi Mesin

Internal combustion engine (ICE) adalah mesin bakar yang mengkonversi energi kimia yang terdapat pada bahan bakar menjadi energi mekanik, biasanya energi mekanik berupa gerakan rotasi pada engkol. Energi kimia terlebih dahulu berubah menjadi energi panas dengan cara pembakaran atau oksidasi dengan udara segar yang terjadi dalam mesin. Pada umumnya ICE memiliki piston di dalam silinder yang bergerak bolak-balik. Gerakan bolak-balik piston tersebut diteruskan oleh engkol menjadi gerak rotasi. Berikut ini merupakan keunggulan mesin ICE dibandingkan ECE:

a.       Mekanikal yang simpel dan memiliki rasio weight/power yang kecil

b.      Tidak membutuhkan alat tambahan seperti kondensor atau bolier

c.       Dapat memulai dan berhenti bekerja dalam waktu singkat

d.      Efisiensi termal yang tinggi

e.       Biaya awal yang rendah

Keunggulan diatas menyebabkan mesin ICE lebih cocok diterapkan pada sektor trasnportasi seperti motor, mobil, kapal kecil, pesawat kecil, dan kapal selam.

2.      Tipe-Tipe Internal Combustion Engine

             Internal combustion engine(ICE) dapat di klasfikasikan menjadi beberapa tipe antara lain :

A.    Penyalaan (Ignitation)

Ø  Spark Ignitation (SI) atau penyalaan percikan. Mesin SI memulai pembakaran pada langkah pembakaran dengan bantuan busi untuk membuat percikan. Busi memberikan tegangan tinggi yang akan membakar campuran uadara-bahan bakar pada ruang pembakaran.

Ø  Compression Ignitation (CI). Proses pembakaran pada mesin CI dimulai saat campuran udara-bensin melakukan self-ignitation akibat tingginya temperatur pada ruang pembakaran yang disebabkan oleh tekanan yang tinggi.

B.     Langkah Mesin

Ø  Siklus 4 langkah. Untuk melengkapi satu siklus termodinamik (intake-compression-expansion-exhaust) di perlukan 4 langkah piston atau 2 kali bulak-balik.

Ø  Siklus 2 langkah. Untuk melengkapi satu siklus termodinamik(intake-compression-expansion-exhaust) di perlukan 2 langkah piston atau 1 kali bulak-balik

C.     Posisi valve (katup). Gambar 1.2 menunjukan posisi katup pada ruang bakar. 

Gambar 1.2 Posisi katup di ruang bakar

Dimana: (a) valve in block, L head, (b) Valve in head, I head(standar pada kendaraan modern), (c) One valve in head and one valve in block, (d) Valves in block on opposite sides of cylinder, T head.

D.    Disain dasar

Ø  Reciprocating Engines/ mesin piston. Mesin memiliki satu atau lebih silinder yang terdapat piston. Energi mekanik yang dihasilkan piston pada langkah combustion (pembakaran) diteruskan oleh engkol yang terhubung oleh piston pada conecting rod-bearing.

Ø  Rotary Engines. Terdapat blok yang berputar di dalam ruang pembakaran. Contoh Rotary Engines adalah Mesin Wankel yang ditunjukkan pada Gambar 1.3.

Gambar 1.3 Mesin Wankel

E.     Posisi dan jumlah silinder pada mesin torak

Gambar 1.4 menunujukkan jenis posisi silinder.

Gambar 1.4 Klasifikasi mesin dari posisi silinder

Dimana: (a) single cylinder, (b) In-liner or straight, (c) V engine, (d) opposed cylinder, (e) W engine, (f) opposed piston, (g) radial.

F.      Proses pengambilan udara

Ø  Pengambilan udara segar ssecara natural atau tidak memerlukan sistem pendorongan udara.

Ø  Supercharged. Tekanan udara pada saat pegambilan udara meningkat akibat adanya kompresor yang didorong poros engkol (Gambar 1.5).

Gambar 1.5 Supercharged pada proses pengambilan udara

Ø  Turbocharged. Tekanan udara meningkat pada saat pengambilan udara disebabkan oleh tubin-kompresor yang digerakan oleh gas buang.. (gambar 1.5).

Gambar 1.5 Turbocharged pada proses pengambilan udara

Ø Crankcase Compressed. Digunakan pada mesin 2 langkah.

G.   Tipe Pendingin

Ø Udara

Ø Cairan atau air

3.     Siklus Pada Mesin 4 Langkah

Langkah pada mesin yang dibahas hanya pada Reciprocating Enginesatau mesin piston. Dimana piston yang bergerak bolak-balik mentransmisikan gaya menuju poros engkol. Seperti yang telah disinggung diatas, piston harus melengkapi siklus termodinamik untuk menghasilkan energi mekanik. Siklus termodinmik tersebut adalah langkah hisap (intake) – langkah kompresi (compression) – langkah ekspansi (expansion) – langkah buang (exhaust). Gambar 1.6 menunjukkan skema gerakan pada motor 4 langkah.

Gambar 1.6 Skema gerakan motor 4 langkah

A.    Langkah Hisap

Posisi piston awal berada top center  (TC) atau titik mati atas (TMA)kebottom center (BC) atau titik mati bawah (TMB). Katup hisap terbuka dan katup buang tertutup, dengan demikian campuran udara-bensin masuk kedalam silinder melalui katup hisap. Pada langkah ini terjadi pembesaran volume silinder dan penurunan tekanan.

B.     Langkah Kompresi

Terjadi ketika dua katup dan campuran udara-bensin masuk kedalam silinder.Terjadi pergerakan piston dari BC menuju TC. Pada langkah ini terjadi penurunan tekanan dan kenaikan volum.

C.     LangkahEkspansiataulangkahtenaga

Gas mempunyai tekanan dan suhu yang tinggi dan mengkonversi energi panas menjadi energi kinetik. Piston bergerak dari posisi TC menuju BC serta katup hisap dan katup buang masih tertutup.

D.    Langkahbuang

Langkah ini membuang gas sisa pembakaran keluar silinder.Piston bergerakdari BC ke TC. Katup hisap tertutup sedangkan katup buang terbuka.Terbuangnya gas sisa akibat dorongan yang dilakukan piston dan perbedaan tekanan didalam dan diluar silinder.

4.      SiklusPadaMesin 2 Langkah

Untuk mendapatkan energi yang lebih besar dan penyerdahanaan desain katup, maka dibuatlah mesin dua langkah.Terbuka dan tertutup nyakatup hisap dan katup buang di akiba kan gerak dari piston.Gambar 1.7 menunjukan langkahpada mesin 2 langkah.

Gambar 1.7 Skema gerakan motor 2 langkah

Langkah pada mesin 2 langkah antara lain:

A.    Langkah komperesi

Langkah ini dari BC menuju TC. Piston membuka katup hisap dan bahan bakarmasuk kedalam silinder sedangkan katup buang tertutup.

B.     Langkah Tenaga

Langkah ini dari TC menuju BC. Terjadi ledakan yang menghasilkan energi akibat tekanan yang tinggi. Gas sisa pembakaran keluar dari katup buang akibat gerakan piston sedangkan katup hisap tertutup.

Kelemahan dari mesin dua langkah adalah pembakaran yang tidak sempurna akibatnya kulaitas gas hasil pembakaran lebih jelek dari mesin 4 langkah.

5.      Komponen Mesin

Bagian umum mesin bahan bakar adalah katup, piston, dan poros engkol.Komponen lengkap pada mesin 4 langkah di jelaskan pada Gambar 1.8.

Gambar 1.8 Komponenmesin 4 langkah