Sunday, July 21, 2013

Proses Pemilihan Pahat (Cutting Tools) pada Mesin Perkakas

Pengertian Pahat atau perkakas potong (Cutting Tool) adalah alat atau benda yang digunakan untuk memotong material atau benda kerja dalam proses pemesinan.

Beberapa prinsip kerja pahat,

MESIN SEKRAP

Pahat bergerak maju mundur, benda kerja bergerak ke arah melintang. Pemotongan hanya terjadi pada gerak langkah maju, pada saat langkah mundur benda kerja hanya bergeser saja untuk memulai kembali proses pemotongan. Pada proses sekrap ini gerak potong dilakukan oleh pahat dan gerak makan dilakukan oleh benda kerja.

MESIN BUBUT

Poros spindel akan memutar benda kerja melalui piringan pembawa sehingga memutar roda gigi pada poros spindel. Melalui roda gigi penghubung, putaran akan disampaikan ke roda gigi poros ulir. Oleh klem berulir, putaran poros ulir tersebut diubah menjadi gerak translasi pada eretan yang membawa pahat. Akibatnya pada benda kerja akan terjadi sayatan yang berbentuk ulir.

MESIN GURDI

Pahat gurdi mempunyai dua mata potong dan melakukan gerak potong karena diputar poros utama mesin gurdi. Putaran tersebut dapat dipilih dari beberapa tingkatan putaran yang tersedia pada mesin gurdi, atau ditetapkan sekehendak bila sistem transmissi putaran mesin gurdi merupakan sistem berkesinambungan.

MESIN FREIS

Pahat freis termasuk pahat bermata potong jamak dengan jumlah mata potong sama dengan jumlah gigi fries, sesuia dengan jenis pahat yang digunakan ada dua macam cara yaitu mengefreis datar dan mengefreis tegak, ngefreis datar yaitu sumbu putaran pahat freis selubung sejajar permukaan benda kerja, dan ngefeis tegak sumbu putaran pahat freis muka tegak lurus permukaan benda kerja.

MATERIAL PAHAT

Proses pembentukan geram dengan cara pemesinana berlangsung, dengan cara mempertemukan dua jenis material. Untuk menjamin kelangsungan proses ini maka jelas di perlukan material pahat yang lebih unggul daripada material benda kerja. Keuunggulan tersebut dapat di capai karena pahat di buat dengan memperhatikan berbagai segi yaitu :

- Keras : kekerasan yang cukup tinggi melebihi kekerasan benda kerja tidak saja pada temperature ruang melainkan juga pada temperature tinggi pada saat prosespembentukan geram berlangsung.

- Keuletan :yang cukup besar untuk menahan beban kejut yang yerjadi sewaktu peseninan dengan interupsimaupun sewaktu enda kerja memotong yang mengandung partikel atau bagian yang keras (hard spot).

- Tahan beban kejut termal: ketahanan ini diperlukan bila terjadi perubahan temperature yang cukup besar secara berkala atau periodic.

- Sifat adhesi yang rendah : diperlukan untuk mengurangi avinitas benja kerja terhadap pahat, mengurangi laju keausan, serta penurunan gaya pemotongan.

- Daya larut elemen /komponen material pahat yang rendah : di butuhkan demi untuk memperkecil laju keausan akibat mekanisme difusi.

Pada mulanya untuk memotong baja digunakan baja karbon tinggi sebagai bahan perkakas pemotong dimana kecepatan potong pada waktu itu hanya bisa mencapai sekitar 10 m/menit. Berkat kemajuan teknologi, kecepatan potong ini dapat dinaikkan sehingga mencapai sekitar 700 m/menit yaitu dengan menggunakan CBN (Cubic Boron Nitride).

Secara berurutan material-material tersebut akan dibahas mulai dari yang paling “lunak” tetapi “ulet” sampai yang paling “keras” tetapi “getas” yaitu :

1. Baja karbon (high Carbon Steel; Carbon Tool Steels; CTS

2. HSS (High Speed Steels; Tool Steels)

3. Paduan cor nonferro (cast nonferrous alloys; cast carbides)

4. Karbida (cemented carbides; hardmetals)

5. Keramik (ceramics)

6. CBN (cubic boron nitrides), dan

7. Intan (sintered diamonds & natural diamond)

Ø BAJA KARBON

Baja dengan kandungan karbon yang relative tinggi (0,7% - 1,4% C) tanpa unsure lain dengan prosentasi unsure lain yang rendah (2% Mn, W, Cr) mampu mempunyai kekerasan permukaan yang cukup tinggi. Dengan proses laku panas kekerasan yang tinggi ini (500 – 1000 HV)dicapai akan menjadi transformasi martensitik. Karena mertensitik akan melunak pada temperature sekitar 250°C maka hanya karbon ini hanya bisa digunakan pada kecepatan potong yang rendah. Pahat jenis ini hanya dapat digunakan untuk memotong logam yang lunak ataupun kayu.

Ø HSS

Pada tahun 1898 ditemukan jenis baja paduan tinggi dengan unsur paduan krom (Cr) dan tungsten/wolfram (W). melalui proses penuangan (molten metallurgy) kemudian di ikuti pengerolan ataupun penempaan baja ini di bentuk menjadi batang,atau silinder. Pada kondisi lunak baja tersebut dapat diproses secara pemesinan menjadi berbagai bentuk pahat potong. Setelah proses laku panas dilaksanakan, kekerasannya akan cukup tinggi sehingga dapat digunakan untuk kecepataqn potong yang tinggi (sampai dengan 3 kali kecepatan potong untuk pahat CTS yang dikenal pada saat itu sekitar 10 m/menit)

Pengaruh unsur-unsur tersebut pada unsure besi dan karbon adaah sebagai berikut

· Tungsten/Wolfram (W)

· Chromium (Cr)

· Vanadium (V)

· Molybdenum (Mo)

· Cobalt (Co)

HSS juga dikategorikan menurut komposisinya :

- HSS KONVENSIONAL

1. Molibdenum HSS

2. Tungsten HSS

- HSS SPECIAL

1. Cobalt Added HSS

2. High Vanadium HSS

3. High Hardess Co HSS

4. Cast HSS

5. Powdered HSS

6. Coated HSS

Ø PADUAN COR NONFERRO

Sifat-sifat paduan cor nonferro adalah diantara HSS dan Karbida (Cemented Carbide) dan digunakan dalam hal khusus diantara pilihan dimana karbida terlalu rapuh dan HSS menpunyai hot hardness dan wear resistance yang terlalu rendah.

Jenis material ini di bentuk secara tuang menjadi bentuk-bentuk yang tidak terlampau sulit misalnya tool bit (sisipan) yang kemudian diasah menurut geometri yang dibutuhkan.

Paduan nonferro terdiri dari 4 macam eleman utama adalah sebagai berikut :

1. Cobalt : sebagai pelarut bagi elemen-elemen lain.

2. Krom (Cr) : (10% s.d 35% berat) yang membentuk karbida

3. Tungsten/Wolfram (W) : (10% s.d 25% berat) sebagai pembentuk karbida menaikan karbida secara menyeluruh.

4. Karbon : (1% C membentuk jenis yang relaitif lunak sedang 3% C menghasilkan jenis yang keras serta tahan aus.

Ø KARBIDA

Jenis karbida yang “disemen” (Comented Carbides) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyinter (sintering) serbuk karbida (Nitrida,Oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari Cobalt (Co). dengan cara Carburizing masing-masing bahan dasar (serbuk) Tungsten (Wolfram,W) Tintanium (Ti), Tantalum (Ta) dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan disaring. Salah satu atau campuaran serbuk karbida tersebut kemudian di campur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000°C pemanasan mula untuk menguapkan bahan pelumas) dan kemudian sintering (1600°C) sehingga bentuk keeping (sisipan) sebagai hasil proses cetak tekan ( Cold, atau HIP) akan menyusut menjadi sekitar 80% dari volume semula.

Hot Hardness karbida yang disemen (diikat) ini hanya akan menurun bila terjadi pelunakan elemen pengikat. Semakin besar prosentase pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya membaik.

Ada tiga jenis utama pahat karbida sisipan, yaitu :

1. Karbida Tungsten (WC + Co) yang merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang.

2. Karbida Tungsten Paduan (WC – TiC + Co ; WC – TaC –TiC + Co ; WC – TaC + Co ; WC - Tic – TiN + Co ; TiC + Ni, Mo) merupakan jenis karbida untuk pememotongan baja.

3. Karbida Lapis yang merupakan jenis karbida tungsten yang di lapis (satu atau beberapa lapisan) karbida, nitride, atau oksida lain yang lebih rapuh tetapi hot hardnessnya tinggi.

Ø KERAMIK

Keramik menurut definisi yang sempit adalah material paduan metalik dan nonmetalik. Sedangkan menurut definisi yang luas adalah semua material selain metal atau material organic, yang mencakup juga berbagai jenis karbida, nitride, oksida, boride dan silicon serta karbon.

Keramik dapat di bedakan menjadi dua jenis utama :

1. Keramik tradisional yang merupakan barang pecah belah peralatan rumah tangga

2. Keramik industry digunakan untuk berbagai untuk berbagai keperluan ssebagai komponen dari peralatan, mesin dan perkakas termasuk perkakas potong atau pahat.

Keramik mempunyai karakteristik yang lain daripada metal atau polimer (plastic, karet) karena perbedaan ikatan atom-atomnya, ikatannya dapat berupaikatan kovalen, ionic, gabungan kovalen & ionic, ataupaun sekunder.

Selain ssebagai perkakas potong, beberapa contoh jenis keramik adalah sebagai berikut :

- Kertamik tradisional (dari ubin sampai dengan keramik untuk menambal gigi)

- Gelas (gelas optic, lensa, serat)

- Bahan tahan api (bata pelindung tandur/tungku)

- Keramik oksida (pahat potong, isolator, besi, lempengan untuk mikroelektronik dan kapasitor)

- Karemik oksida paduan

- Karbida, nitride, boride dan silica

- Karbon

Ø CBN (CUBIC BORON NITRIDE)

CBN termasuk jenis keramik. Di buat dengan penkanan panas (HIP, 60kbar, 1500°C) sehingga bentuk grafhit putih nitride boron dengan strukrur atom heksagonal berubah menjadi struktur kubik. Pahat sisipan CBN dapat di buat dengan menyinter serbuk BN tanpa atau dengan material pengikat

, TiN atau Co. hot hardness CBN ini sangat tinggi disbanding dengan jenis pahat yang lain.

Ø INTAN

Sintered Diamond merupakan hasil proses sintering serbuk intan tiruan dengan pengikat Co (5%-10%). Hot hardness ssasngat tinggi dan tahan terhadap deformasi plastic. Sifat inidi tentukan oleh besar butir intan serta prosentase dan komposisi material pengikat. Karena intan pada temperature tinggi akan berubah menjadi graphit dan mudah terdifusi dengan atom besi, maka pahat intan tidak dapat di gunakan untuk memotong bahan yang mengadung besi (ferros). Cocok untuk “ultra high precision & mirror finish cutting” bagi benda kerja nonferro (Al Alloys, Cu Alloys, plastics, Rubber).

A. PEMILIHAN MATERIAL PAHAT

Untuk mempermudah pemilihan jenis material pahat, khusus untuk pahat karbida yang di semen (Cemented Carbides, termasuk jenis Coated) maka ISO mengeluarkan satu standar klasifikasi pahat karbida berdarkan jenis pemakainya.

Dalam hal ini pekerjaan pemesinan dikelompokan menjadi tiga kelompok utama, yaitu :

1. Steel Cutting Grade ; untuk pemotongan berbagai jenis baja yang akan menghasilkan geram yang continue (karena relative liat). Diberi kode P (dank ode warna biru)

2. Cast Iron Cutting Grade ; guna melakukan berbagai jenis besi tuang yang menghasilakan geram yssng bterputus-putus (karena relative rapuh). Diberi kode huruf K (dank ode waarna merah)

3. Intermediate Grade ; digunakan untuk proses pemesinan berbagai jenis baja, besi tuang dan nonferrous yang mempunyai sifat ketermesinan yang baik. Diberi kode huruf M dan K.

Setiap pabrik pembuat material pahat biasanya mengeluekan klasifikasi pemakaian seperti ini pada waktu petunjuknya selalu mencantumkan kode spesifik yang mereka anut beserta penyesuaiannya dengan standar ISO 513.

PROSES PEMBUATAN

Proses mixing. Merupakan proses pencampuran (mixing) antara serbuk logam dengan bahan aditif.
Proses pembentukan (forming). Yaitu pemberian gaya-gaya kompaksi baik pada temperatur ruang (cold compaction) maupun pada temperatur tinggi (hot compaction). Proses cold compactionakan dilanjutkan dengan proses sintering, yaitu proses pemanasan yang dilakukan pada kondisi vakum sehingga diperoleh partikel-partikel yang bergabung dengan kuat seperti gambar berikut :

Proses manufaktur
Proses finishing

Sunday, July 21, 2013

Prinsip Kerja Balon Udara

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida. Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir. Menurut Giles (1984:1) “Fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan yang menyesuaikan diri dengan bentuk wadah dan tempatnya”. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain.

Fenomena fluida statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan hidraustatis. Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan dengan konsep tekanan hidraustatis, salah satunya adalah hukum Pascal dan hukum Archimedes. Hukum Pascal diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang berasal dari Perancis. Sedangkan hukum Archimedes diambil dari nama penemunya yaitu Archimedes (287-212 SM) yang berasal dari Italia. Hukum-hukum fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk kesejahteraan manusia dalam kehidupannya, salah satunya adalah prinsip hukum Pascal dan prinsip hokum Archimedes. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut. Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum Pascal dan hukum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan.

Balon udara adalah salah teknologi penerbangan pertama yang memanfaatkan Hukum Archimedes, dimana hukum tersebut menyatakan bahwa ”Suatu benda yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam zat cair (fluida) mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair (fluida) yang dipindahkan oleh benda itu”.

Sebagaimana pada zat cair, pada udara juga terdapat gaya ke atas. Gaya ke atas yang dialami benda sebanding dengan volume udara yang dipindahkan benda itu. Menurut Munson (2003:86) ”arah gaya apung yang merupakan gaya dari fluida terhadap benda berlawanan arah terhadap yang ditunjukkan dalam diagram bebas”. Suatu benda akan naik ke angkasa jika beratnya kurang dari gaya angkat udara. Balon udara akan berhenti naik (melayang) jika gaya ke atas oleh udara sama dengan berat total balon udara.

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, penulis tertarik untuk membahas ” PRINSIP KERJA BALON UDARA ” dan menjadi judul pada makalah ini.

1.2.Batasan Masalah

Dalam pembahsaan prinsip kerja balon udara tentunya akan muncul beragam hal yang perlu dibahas, untuk itu diperlukannya pembatasan masalah. Masalah yang dibahas pada makalah ini seputar penerapan ilmu Fisika pada prinsip kerja balon udara

1.3. Rumusan Masalah

Adapun yang menjadi permasalahan didalam makalah ini adalah bagaimana Prinsip Kerja Balon Udara.

1.4. Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah ingin mengetahui bagaimana prinsip kerja balon udara.

1.5.Manfaat

Adapun manfaat dari penulisan ini adalah :

a. Penulis, sebagai pelengkap syarat mata kuliah Seminar Fisika

b. Mahasiswa dan Umum, sebagai penambah pengetahuan tentang penerapan ilmu fisika pada prinsip kerja balon udara.

BAB II

KAJIAN TEORI

2.1.Fluida

Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air, minyak pelumas, dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari. Menurut Streeter (1996:1) “fluida adalah zat yang berubah bentuk secara kontinu (terus – menerus) bila terkena tegangan geser, betapapun kecilnya tegangan geser itu”.

Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam) dan fluida dinamis (fluida bergerak). Fluida statis ditinjau ketika fluida yang sedang diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida dinamis ditinjau ketika fluida ketika sedang dalam keadaan bergerak). Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. Hidraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam. Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan.

Fluida juga memiliki Berat jenis yang dilambangkan dengan γ (gamma) dan gravitasi jenis, menurut Munson (2003:15) “berat jenis dari sebuah fluida, dilambangkan dengan γ (gamma), didefinisikan sebagai berat fluida persatuan volume”. Berat jenis berhubungan dengan kerapatan melalui persamaan :

Gravitas jenis sebuah fluida dilambangkan dengan SG. Menurut Munson (2003:15)” gravitasi jenis sebuah fluida didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan fluida tersebut dengan kerapatan air pada sebuah temperatur tertentu”.

2.2.Hukum Archimedes

Gaya apung terjadi karena makin dalam zat cair, makin besar tekanan hidrostatiknya. Hal ini menyebabkan tekanan pada bagian bawah benda lebih besar daripada tekanan ada bagian atasnya. Gaya apung muncul karena selisih antar gaya hidrostatik pada permukaan benda atas dan bawah. Fluida melakukan tekanan hidrostatik p₁=ρ_fgh₁pada bagian atas benda. Gaya yang berhubungan dengan tekanan ini adalah F₁=p₁A =ρ_fgh₁Aberarah ke bawah. Dengan cara yang sama, pada permukaan bagian bawah diperoleh F₂=p₂A =r_fgh₂Aberarah ke atas.

Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa, yakni :

F_a = F₂ – F₁

= ρ_fgA(h₂- h₁)

= ρ_fgAh

= ρ_fgV_b = m_f g = w_f

Berdasarkan persamaan di atas, dikatakan bahwa gaya apung pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Hal ini dikemukakan oleh Archimedes dalam hukumnya yang menyatakan Ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Menurut Munson (2003:86) ”arah gaya apung yang merupakan gaya dari fluida terhadap benda berlawanan arah terhadap yang ditunjukkan dalam diagram bebas”.

2.2.1. Tenggelam

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w) lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Fa

ρb . Vb . g > ρa .Va . g

ρb > ρa

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)

2.2.2. Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w) sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang

w = Fa

ρb .Vb . g = ρa . Va . g

ρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

(FA)tot = Wtot

rc . g (V1+V2+V3+V4+…..) = W1 + W2 + W3 + W4 +…..

2.2.3. Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w) lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Fa

ρb . Vb . g = ρa . Va . g

ρb < ρa

Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).

Fn = FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA = W . Vb₂ . g = rb . Vb₁ . g

Dengan :

FA = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.

Vb2 = Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb = Vb1 + Vb 2

FA’ = rc . Vb2 . g

Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan

Dari penjelasan konsep melayang, terapung dan tenggelam yang telah teruraikan diatas kita asumsikan balon udara merupakan benda yang berada didalam fluida (udara) dimana medium luar balon udara adalah udara sekitar balon udara.

2.3.Balon Udara

2.3.1. Sejarah Penemuan Balon Udara

Pada tahun 1709 di Lisbon, Bartolomeu de Gusmo berhasil membuat balon yang dapat bergerak naik di dalam suatu ruangan setelah udara di dalam balon dipanaskan. Dia juga membuat balon Passarola yang berhasil terbang dari Benteng Saint George sejauh sekitar satu kilometer.

Kemudian tahun 1766, Joseph Black berkeyakinan bahwa balon yang diisi dengan hidrogen akan mampu naik di udara. Balon udara panas adalah teknologi penerbangan pertama oleh manusia, ditemukan oleh Montgolfier bersaudara di Annonay, Perancis pada 1783. Peristiwa kebakaran pada suatu malam di benteng Gibraltar membuat Joseph berpikir akan kemungkinan pembakaran dari bara api dapat mengangkat sebuah benda. Dia percaya bahwa ada asap gas khusus yang menyebabkan hal itu terjadi. Dia menyebutnya gas tersebut adalah "Mongolfier gas".

Lewat hipotesis itu, dia membangun ruang kotak berukuran 1 x 1 x 1,3 m dari kayu yang tipis. Lalu, sisi atasnya ditutup dengan kain ringan. Di bagian bawah kotak, dia menyulut beberapa kertas. Ternyata, hasil pembakaran itu mengangkat balon perlahan. Hasil percobaan itu membuat mereka semakin bersemangat. Dua bersaudara itu mengumumkan pembuatan proyek besar. Yakni, balon udara raksasa yang menampung beberapa orang. Balon itu berbentuk kain kabung dengan tiga lapisan tipis di dalamnya. Balon tersebut mampu menampung 790 m¸ udara dengan berat 225 kg.

2.3.2. Tipe Balon Udara

Tipe balon udara dibedakan atas dua macam yaitu:

a. Balon udara yang diisi dengan udara panas

Pada jenis balon udara ini terdapat suatu pembakar yang berfungsi untuk memanaskan udara dalam balon, sehingga udara dalam balon menjadi lebih ringan dari udara luar sekitarnya.

b. Balon udara yang diisi dengan gas yang ringan

Gas yang biasanya digunakan adalah gas hidrogen dan gas helium. Gas hidrogen ringan namun mudah terbakar. Sedangkan gas helium tidak mudah terbakar.

2.3.3. Bagian Pada Balon Udara

Adapun Bagian – Bagian yang terdapat pada balon udara adalah sebagai berikut:

Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu envelope, burner, dan basket.

a. Envelope bentuknya berupa kantong berupa balon tempat udara dipanaskan. Envelope ini biasanya terbuat dari bahan nilon dan diperkuat dengan panel-panel yang di anyam. Karena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah envelope di lapisi dengan bahan anti api (skirt) seperti PVC.

b. Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam Envelope. Burner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut envelope.

c. Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang. Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur.

2.4.Prinsip Kerja Balon Udara

Prinsip kerja pada balon yang diisi dengan udara panas dan balon yang diisi dengan gas ringan pada dasarnya sama, yaitu dengan membuat udara dalam balon lebih ringan atau memiliki massa jenis yang lebih kecil dari udara luar sekitar balon sehingga balon udara dapat naik (terbang). Sesuai dengan prinsip Archimedes “Gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya”. hal ini sejalan dengan udara sebagai fluida dimana benda dapat terapung pada fluida , jika massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis fluida tersebut.

Semua partikel udara di atmosfer ditarik oleh gaya gravitasi ke bawah. Namun tekanan di udara menciptakan gaya ke atas yang bekerja berlawanan dengan gravitasi. Menurut Munson (2003:86) ”arah gaya apung yang merupakan gaya dari fluida terhadap benda berlawanan arah terhadap yang ditunjukkan dalam diagram bebas”. Kumpulan udara membangun keseimbangan gaya gravitasi, dimana pada titik ini gravitasi tidak cukup kuat untuk menarik ke bawah sejumlah besar partikel. Tingkat tekanan ini adalah tertinggi pada permukaan bumi dimana udara pada tingkat ini dapat menahan beban di udara diatasnya, jika lebih berat berarti lebih besar gaya gravitasi ke bawah. Tapi gaya apung ini adalah lemah dibandingkan dengan gaya gravitasi, hanya sekuat berat udara yang dipindahkan oleh suatu benda. Jelas, sebagian besar benda padat apa pun akan menjadi lebih berat daripada udara yang dipindahkan, sehingga gaya apung tidak bergerak sama sekali. Gaya apung hanya dapat memindahkan hal-hal yang lebih ringan daripada udara di sekitarnya.

Untuk membuat benda mengapung di udara, maka berat balon dan muatannya harus lebih ringan dari yang ada di udara sekitarnya, yaitu dengan mengisi balon dengan udara yang tidak terlalu padat daripada udara sekitarnya, semisal dengan mengisi balon udara dengan gas hidrogen atau gas helium yang memiliki massa jenis lebih kecil dari udara (Massa jenis helium = 0,1786 Kg/m3, udara=1,29 kg/m3). Karena udara dalam balon memiliki kurang massa per unit volume daripada udara di atmosfer yang membuatnya lebih ringan sehingga gaya apung akan mengangkat balon ke atas.

Untuk Balon yang diisi dengan udara panas, prinsip yang digunakan pun sama, jika ingin mengubah kondisi udara di dalam balon, dapat dikurangi kepadatannya, sekaligus menjaga tekanan udara agar tetap sama dengan pemanasan udara secara terus-menerus. Kekuatan tekanan udara pada objek tergantung pada seberapa sering berbenturan dengan partikel-partikel udara objek, serta gaya masing-masing tabrakan. Kita melihat bahwa secara keseluruhan kita dapat meningkatkan tekanan dalam dua cara:

1. Meningkatkan jumlah partikel udara sehingga ada sejumlah besar partikel berdampak atas luas permukaan tertentu.

2. Meningkatkan kecepatan partikel sehingga partikel menghantam daerah lebih sering dan setiap partikel bertabrakan dengan kekuatan yang lebih besar.

Pada balon udara yang diisi dengan udara panas, agar balon udara dapat terbang maka di dalam envelope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar 100^oC. Udara panas ini akan terperangkap di dalam envelope. Karena udara panas memiliki massa jenis yang lebih kecil daripada udara biasa, maka membuatnya lebih ringan sehingga balon udara pun akan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat.

Untuk mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. Udara yang mulai mendingin di dalam envelope membuat balon bergerak turun. Untuk mempercepatnya, pilot akan membuka katup parasut (parachute valve) sehingga udara di dalam envelope lebih cepat dingin. Sedangkan pada balon yang berisi gas ringan, terdapat kantung-kantung pasir yang diikatkan ditepian keranjang. Ketika balon udara ingin terbang tinggi, maka kantung-kantung pasir tersebut dibuang di udara, namun ketika balon udara ingin diturunkan maka gas pada balon udara dibuang.

Karena balon udara hanya bisa naik dan turun (bergerak secara vertikal) tentu kita berpikir bagaimana cara balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain (bergerak secara horizontal). Pilot memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak secara horizontal. Karena angin bertiup berbeda arahnya pada setiap ketinggian tertentu. Perbedaan arah tiupan angin inilah yang dimanfaatkan oleh pilot untuk mengendalikan balon udara dari satu lokasi ke lokasi yang diinginkan .

BAB III

PEMBAHASAN

3.1. Gaya yang berkerja pada balon udara

Adapun gaya – gaya yang bekerja pada balon udara adalah sebagai berikut:

a. Gaya Apung

Balon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung sama dengan gaya berat balon udara tersebut. Secara sistematis dapat ditulis :

Fb=W_{gas +}W_Beban

Fb=(m_gas+m_beban). g

ρ_udara . V . g = (ρ_gas .V+m_beban).g

ρ_udara . V = ρ_gas .V+m_beban

b. Balon Naik jika

Dalam proses menaikkan balon udara, udara di dalam envelope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar 100^oC sehingga menyebabkan masa jenis balon udara lebih kecil daripada massa jenis udara disekitar balon, sehingga menyebabkan balon tersebut terangkat. Secara sistematis dapat ditulis

ρ_udara . V > ρ_gas .V+m_beban

c. Balon Turun

Untuk mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. Udara yang mulai mendingin di dalam envelope membuat balon bergerak turun. Hal ini dikarenakan balon lebih besar dari pada masa udara disekitar balon tersebut (udara luar). Secara sistematis dapat ditulis:

ρ_udara . V < ρ_gas .V+m_beban

BAB IV

PENUTUP

4.1.Kesimpulan

Dari yang telah teruraikan dari bab sebelumnya maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

Ø Balon udara merupakan teknologi terbang pertama yang menerapkan konsep fluida statis dengan menggunakan prinsip archimedes, dimana “Gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya”.

a. Gaya Apung (Balon Melayang)

Balon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung sama dengan gaya berat balon udara tersebut. Secara sistematis dapat ditulis :

ρ_udara . V = ρ_gas .V+m_beban

b. Balon Naik

Balon udara naik apabila massa jenis balon lebih kecil daripada masa jenis udara diluar balon secara sistematis dapat ditulis

ρ_udara . V > ρ_gas .V+m_beban

c. Balon Turun

Balon Udara turun apabila massa jenis balon lebih besar daripada masa jenis udara diluar balon secara sistematis dapat ditulis

ρ_udara . V < ρ_gas .V+m_beban

4.2. Saran

Adapun saran dari penulis pada penyusunan koloqium ini adalah semoga dapat menambah pengetahuan tentang bagaimana penerapan ilmu fisika pada prinsip kerja balon udara dan diharapkan adanya penyusunan koloqium lainnya dengan menerapkan ilmu fisika didalamnya.