Penerapan Prinsip
Pemuaian
Pemuaian adalah
bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau
bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor.Pemuaian
terjadi
pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas.Pemuaian
pada
zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian
luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Sedangkan pada zat
cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas
biasanya diambil nilai koofisien muai volumenya sama dengan 1/273.
Penerapan
prinsip pemuaian ini sudah diterapkan dalam kehidupan
sehari-hari.Diantaranya
adalah Bimetal.Berikut ini kita akan membahasa tantang penerapan prinsip
bimetal.
A.Bimetal
Bimetal
adalah dua keping logam (besi dan kuningan) yang angka
muainya berbeda kemudian dijadikan satu. Bimetal yang dipanaskan akan
melengkung ke arah logam yang angka muainya kecil. Demikian juga kalau
didinginkan, bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka muainya besar.
Penggunaan bimetal antara lain untuk sakelar termal,termometer
bimetal,termostat bimetal,dan juga lampu sein.
Saklar adalah
sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan dan menghubungkan aliran
listrik. Jadi saklar pada dasarnya adalah suatu
alat yang dapat atau berfungsi
menghubungkan atau pemutus aliran listrik (arus listrik) baik itu pada jaringan
arus listrik kuat maupun pada jaringan arus listrik lemah.
saklar yang bekerja berdasarkan pemuaian termal.Contoh
nya pada alarm kebakaran.
a.Cara
kerja
Arus
yang terlalu besar yang timbul pada beban motor listrik
akan
mengalir pada belitan motor listrik
yang dapat menyebabkan kerusakan dan terbakarnya belitan motor listrik.
Untuk
menghindari
hal itu dipasang termal beban lebih pada alat pengontrol. Prinsip kerja termal
beban lebih berdasarkan panas (temperatur) y
ang ditimbulkan oleh arus yang
mengalir
melalui elemen-
elemen
pemanas
bimetal.
Dan
sifatnya pelengkungan bimetal akibat
panas yang ditimbulkan, bimetal akan menggerakkan kontak-kontak
mekanis
pemutus
rangkaian listrik.Sakalar termal bekerja ber
dasarkan prinsip
pemuaian
dan benda bimetal. Apabila benda
terkena arus yang tinggi, maka benda akan
memuai sehingga akan melengkung dan memutuskan arus.
2.Termometer Bimetal
Termometer bimetal adalah sebuah
termometer yang terbuat dari dua buah kepingan logam yang berbeda jenisnya yang
memiliki koefisien muai berbeda sehingga kecepatan pemuaiannya juga berbeda.
Dua kepingan logam tersebut dikeling (dipelat) menjadi satu. Kata bimetal
sendiri memiliki arti yaitu bi berarti dua sedangkan kata metal berarti
logam, sehingga bimetal berarti “dua logam”. Pada
saat suhu meningkat, salah satu logam mengalami pemuaian yang lebih besar dari
logam lain. Akibatnya keping tersebut melengkung. Biasanya keping bimetal
berbentuk spiral, di mana salah satu ujung keping tetap, sedangkan ujung
lain dihubungkan ke penunjuk skala. Ketika suhu berubah, penunjuk akan
berputar. Termometer yang menggunakan lembaran bimetal biasanya digunakan
sebagai termometer udara biasa, termometer ruangan, termometer oven dll.
a.Prinsip
Kerja
Termometer Bimetal
Keping Bimetal
sengaja dibuat dari dua buah keping logam yang memiliki koefisien muai yang
berbeda karena hal tersebut dapat mengakibatkan kepingan tersebut dapat
melengkung jika terjadi perubahan suhu. Prinsipnya, apabila suhu berubah
menjadi tinggi, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang keoefisien
muainya lebih rendah, sedangkan jika suhu menjadi rendah, keping bimetal akan
melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih tinggi. Logam dengan
koefisien muai lebih besar (tinggi) akan lebih cepat memanjang sementara logam
dengan kecepatan muai lebih rendah memanjang lebih lambat, hal tersebut
mengakibatkan kepingan akan membengkok (melengkung) kearah logam yang memiliki
koefisien muai rendah karena terjadi perbedaan panjang kedua logam.
Biasanya keping
bimetal ini terbuat dari logam yang koefisien muainya jauh berbeda, seperti
besi dan tembaga. Sementara prinsip kerja Termometer Bimetal yaitu dengan
menggunakan keping bimetal yang tipis dan berbentuk spiral. Satu ujung
spiral ditahan tetap (Tidak dapat bergerak), sedang ujung lainnya
menempel ke Gir jarum penunjuk. Sesuai dengan prinsip pemuaian, makin
besar suhu, maka keping bimetal makin melengkung menyebabkan jarum
penunjuk bergerak ke kanan menunjukan angka yang lebih besar.
b.Aplikasi Bimetal
Aplikasi Bimetal
antara lain adalah digunakan di industri pada proses heating. Bimetal
digabungkan dengan rangkaian PLC. Tugas PLC adalah sebagai controller on/off
untuk pemanas dalam pengendalian suhu. Jadi, pada saat suhu berada di bawah
suhu yang diharapkan maka sinyal output beralih dari tinggi menjadi rendah.
PLC
kemudian
dapat diprogram untuk menghasilkan sebuah output jika terjadi masukan rendah,
dan output tersebut akan digunakan untuk mengaktifkan pemanas. Sebaliknya, jika
masukan tinggi maka output PLC digunakan untuk mematikan pemanas.
Aplikasi
Industri Bimetallic selain pada rangkaian PLC, antara lain :
1.Termometer
serbaguna
untuk mesin, tangki, dan konstruksi pipa
2.Pemanasan
3.
Industri kimia dan petrokimia
4.Proses
rekayasa
Industri
makanan
5.Setrika
6.Lampu
Sein
Kelebihan dan kekurangan termometer bimetal
Kelebihan Termometer Bimetal
1.Tahan
dari
goncangan
2.Tidak
mudah
terbakar
3.Harganya
relatif
Murah
4.Tahan
lama,
awet dan mudah dikalibrasikan.
5.Dapat
digunakan
untuk termograf b.
Kelemahan Termometer Bimetal
1.Memerlukan
kalibrasi
sering untuk menjaga akurasi
2.Respon
terhadap perubahan suhu lambat
3.Kurang
akurat
3.Termostat Bimetal
Termostat adalah
suatu piranti pengatur suhu yang bekerja secara otomatis berdasarkan prinsip
umpan balik. Istilah thermostat
pertama
kali digunakan oleh Andrew Ure pada tahun 1830 untuk menyebut suatu elemen
tanggap-panas yang terbuat dari batangan baja dan zink yang dikeling.
Pada sistem umpan balik yang menggunakan
termostat, tinggi atau rendahnya suhu yang diatur dibandingkan dengan suatu
acuan. Apabila suhu yang diindera tidak tepat sama
dengan suhu acuan, elemen pengindera pada termostat akan bekerja dan kemudian
mengirim isyrat untuk menurunkan
atau menaikkan suhu sesuai kebutuhan. Sistem umpan balik semacam ini biasanya
digunakan pada pengatur sushu ruangan, setrika listrik, pemanas listrik, dan
perangkat yang memerlukan pembatas panas
a.Cara Kerja pada setrika :
Pada serika
listrik,misalnya, tingkat panas tertentu akan menyebabkan bimetal tersebut
melengkung sehingga kontak listriknya terputus. Terputusnya kontak listrik
menyebabkan suhu setrika menurun dan bersamaan dengan itu bimetal kembali lurus
sehingga kontak listrik terhubung lagi. Dengan cara kerja alat seperti itu
tingkat panas pada setrika tidak akan melampaui batas panas maksimum yang
ditetapkan.
b.Cara Kerja Pada Kulkas
Termostat yang
biasa melengkapi kulkas memanfaatkan suatu cairan asiri. Uap cairan ini akan
memberi tekanan yang merupakan umpan balik bagi relai untuk menjalankan atau
mematikan kompresor. Pesawat AC untuk rumah tangga menggunakan termostat yang
memberikan umpan balik berupa selisih tegangan listrik kepada pemanas atau
kompresor pendingin. Untuk gedung besar, lazimnya digunakan termostat
pneumantik berupa tabung tembaga yang berisi udara. Isyarat tekanan-udara akan
merupakan umpan balik bagi pemanas atau kompresor pendingin.
c.Cara Kerja pada Penanak Nasi
Sedangkan cara
kerja rice cooker modern memang lebih baik karena sekarang ini telah dilengkapi
dengan sensor panas untuk mendeteksi nasi yang dimasak sudah matang atau belum.
Dalam mendeteksi kematangan nasi cara kerja rice cooker adalah dengan
menggunakan sifat air yang mempunyai titik didih 100 derajat Celcius.
Di bagian bawah rice
cooker terdapat sebuah termostat
bimetal . Termostat akan mendeteksi apakah
air sudah mencapai titik didihnya atau belum. Ketika air sudah mencapai titik
didihnya (100C), rice
cooker mempertahankannya beberapa saat
(membiarkan semua air menguap) lalu menurunkan suhu menjadi sekitar 60 Celcius
sehingga suhu di dalam panci akan bertahan untuk menghangatkan nasi di
dalamnya.
4.Lampu Sein (Lampu Riting)
Lampu sein
atau biasa disebut dengan lampu riting merupakan salah satu komponen terpenting
dari sebuah kendaraan. Lampu sein berfungsi sebagai indikator pada kendaraan
ketika berbelok yang dibuat dengan tujuan untuk mengurangi resiko kecelakaan.
Lampu sein sekarang ini menjadi salah satu kelengkapan yang wajib dimiliki oleh
semua kendaraan. Lampu ini berwarna kuning yang akan menyala berkedip-kedip
ketika dihidupkan. Dipiih warna kuning sebagai warna lampu sein karena warna
kuning kelihatan dari jauh di siang hari atau pun malam hari. Selain itu ketika
hujan warna kuning juga tetap dapat dilihat dengan jelas.
Cara Kerja :
Lampu sein
akan berkedip untuk memberitahukan kepada pengendara lain bahwa kita akan
mengubah arah kendaraan. Lampu sein akan berkedip karena sebuah relay yang
terdapat pada sirkuit listrik, dimana arus listrik akan membuka dan menutup
sebuah bidang / titik sentuh secara bergantian, sehingga lampu sein dapat
berkedip dan menandakan bahwa pengendara akan berubah arah. Berdasarkan prinsip
kerjanya, kedipan lampu sein dapat dibagi menjadi beberapa tipe seperti tipe
kapasitor, tipe contact point dan tipe transistor. Untuk tipe kapasitor,
kapasitor secara otomatis mengatur elektromagnet sehingga lampu sein dapat
berkedip.
a.Komponen
Pendukung
Lampu Sein
1.Flasher
Flasher
adalah
komponen pemberi sinyal positif (+) yang memiliki frekuensi tetap, misalnya 2,5
kali per detik. Karena flasher
memberikan sinyal positif (+), maka bohlam yang mendapat sinyal positif (+)
dari flasher
tersebut akan hidup dengan sendirinya.Pada umumnya
flasher
memiliki dua tipe:
2.Flasher
electronic
Dalam
prosesnya flasher
electronic memanfaatkan rangkaian
timer/rangkaian flip-flop
yang dapat memberikan sinyal on/off.
2.
Flasher
bimetal
Flasher bimetal
memanfaatkan pemuaian metal akibat dari pemanasan. Cara kerjanya cukup
sederhana, plat warna merah mengalami pemanasan akibat adanya kumparan yang
melilit plat warna merah tersebut. Ketika memuai maka plat akan melengkung yang
mengakibatkan terminal kontak berpisah. Ketika terminal kontak berpisah maka
plat akan mengalami pendinginan dan mulai menyusut. Ketika plat menyusut,
terminal kontak akan kembali bersentuhan yang mengakibtakan terjadi arus
pemanasan lagi. Begitu terus berulang-ulang hingga dimatikan.
2.Saklar
sein
Saklar merupakan
sebuah perangkat yang berfungsi untuk memutuskan atau menghubungkan aliran
listrik. Saklar pada sein bertugas untuk membagi sinyal positif (+) dari
flasher yang akan ditujukan untuk bohlam kanan atau kiri. Saklar sein pada
umumnya terdiri atas tiga terminal, yaitu satu terminal yang berada di tengah
dan dua terminal pembagi yang berada di kiri dan kanan. Alat ini bekerja sesuai
dengan perintah, ketika saklar di geser ke kanan maka terminal yang berada di
tengah akan menyalurkan sinyal positif (+) ke terminal sebelah kanan yang
kemudian diteruskan ke bohlam kanan. Sehingga lampu sein sebelah kanan akan
menyala berkedip-kedip. Begitu juga sebaliknya.
3.Bohlam
Bohlam merupakan
satu dari komponen lampu sein. Karena jika tidak ada bohlam
maka
lampu sein tidak akan menyala walau saklarnya dihidupkan. Setiap bohlam
memiiliki spesifikasi yang berbeda. Jadi seandainya bohlam rusak atau mati,
diganti dengan bohlam yang memiliki spesifikasi yang sama. Karena jika watt
dari bohlam yang diganti lebih kecil akan terjadi kedipan yang lebih cepat dari
biasanya. Atau jika diganti dengan watt yang lebih besar maka akan merusak flasher.
b. Kegunaan
1.
Sebagai tanda belok
Ketika berada
dalam tikungan, pertigaan, atau perempatan pengguna kendaraan wajib memberikan
tanda sein kemana mereka akan menuju selanjutnya. Ini berfungsi untuk
memberitahu atau memberikan suatu isyarat kepada pengendara lain baik yang di
depan, belakang, maupun yang di samping agar tidak menyalip dari arah tertentu.
2.
Sebagai tanda untuk mendahului kendaraan di depan
Ketika pengguna
kendaraan ingin menyalip kendaraan lain di depan yang lebih lambat, maka wajib
memberikan tanda sein agar pengguna kendaraan yang di depan bisa melihat
isyarat yang dimaksudkan.
3.
Sebagai tanda informasi untuk kendaraan dari arah berlawanan
Ketika pengguna
kendaraan melihat kendaraan lain dari arah berlawanan sedang berada dalam
jalurnya dan berada dalam jarak yang cukup dekat maka pengguna kendaraan wajib
memberikan tanda sein kepada kendaraan lain dari arah berlawanan tersebut untuk
segera keluar dari jalurnya. Sehingga tidak terjadi kecelakaan akibat tabrakan
dari arah berlawanan.
4.
Sebagai tanda pindah jalur
Ketika pengguna
kendaraan sedang berada dalam jalur dari jalan yang mempunyai beberapa jalur,
dan akan pindah ke jalur lainnya di jalan yang sama maka wajib memberikan tanda
sein agar pengguna kendaraan lainnya yang ada di belakang maupun yang dari arah
berlawanan tahu dan tidak menyalip terlebih dahulu. Ini
sangat
penting agar tidak terjadi kecelakaan yang diakibatkan oleh kesalahpahaman
antar pengguna kendaraan.
-SELESAI -
