PEMUAIAN (fisika)

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 -