MATERI 1. ELEKTROSTATIKA
Sifat muatan listrik dan beberapa definisinya :
a. Jika pada suatu atom jumlah atom muatan positip sama dengan jumlah muatan negatif
disebut ”atom neutral”.
b. Apabila atom kekurangan elektron, atom ini bermuatan positif (Positively Charged)
disebut ion positif.
c. Sebaliknya atom yang kelebihan elektron disebut atom bermuatan negatif (Negatively
Charged) disebut ion negatif.
GARIS GAYA
Muatan berpasangan
Keluar Masuk Tolak menolak
Tanpa pasangan
Keluar Masuk
Jika terjadi interaksi sejenis maka muatan akan saling tolak menolak dan jika
interaksi terjadi antara muatan yang tidak sejenis maka akan saling tarik menarik.
d. Muatan-muatan listrik selalu ingin berkumpul pada bagian-bagian benda yang runcing
atau tipis
e. Muatan-muatan listrik yang terjadi menyebabkan beda potensial pada benda tersebut.
2
Terjadinya muatan listrik dapat disebabkan oleh :
1. Karena gesekan
Contohnya :
o Gelas digosok oleh bulu
o Material bergesekan dengan udara
o Material bergesekan dengan zat cair
o Awan bergesekan dengan uap air atau debu, dll
2. Karena induksi
Contohnya :
Neutral (dielektrik)
Setelah dihubungkan ke plat bermuatan
3
Bila sepotong benda neutral didekatkan (ditempelkan) pada benda yang
bermuatan maka sebagian muatan akan berpindah ke tempat benda neutral.
Contoh lain :
f. Semua benda bisa di netralkan oleh bumi
g. Bumi selalu bermuatan neutral
A. PETIR
Gesekan antara uap air dan udara atau debu dapat mengakibatkan muatan
listrik yang lama-kelamaan potensial listriknya menjadi sangat besar (Mega Volt).
Muatan listrik itu akan saling menetralkan dengan awan lain sehingga terjadi petir,
atau bisa juga muatan-muatan dari awan pindah ke bumi melalui bagian bumi yang
menjulang ke atas.
Petir sering terjadi pada awan kumulus dan kumulunimbus, ciri-cirinya
menjulang tinggi dan gelap. Jenis awan ini bisa ditangkap oleh radar pesawat udara
sehingga pilot bisa menghindarinya.
B. ELEKTROSTATIKA PADA PESAWAT
Setiap pesawat terbang yang bergerak di udara akan mengalami gesekan
dengan udara, debu, air hujan atau salju, akibatnya pada badan pesawat (fuselage)
dan bagian-bagian lain seperti sayap (wing) ; ekor (emperage) akan terkumpul
muatan elektrostatika.
Potensial pada bagian-bagian besarnya bisa tidak sama jika masing-masing
bagian terisolasi akan terjadi loncatan listrik yang dikenal dengan istilah spark
(bunga api) dan sering mengakibatkan gangguan komunikasi (radio interference)
atau noise.
4
Untuk menanggulangi spark komponen-komponen pesawat diberi bonding,
yaitu memberi metal atau kawat bertahanan rendah antara bagian-bagian pesawat.
Bagian-bagian yang perlu diberi bonding :
o Ailerons
o Flaps, dengan bagian badan dan sayap
o Rudder
Alat-alat elektronika
o Kabel yang dialiri arus AC, dapat menimbulkan / terjadi muatan elektrostatik.
Supaya tidak mengganggu perlu diberi shielding.
Pada pesawat jet pembuangan gas panas dengan kecepatan tinggi
menimbulkan elektrostatika pada ”tailpipe”.
Untuk menetralkan muatan-muatan elektrostatika pada pesawat dinetralkan ke
udara dengan cara disambung ke bagian runcing. Pembuangan muatan dengan
cara ini disebut ”corona discharge” dan keluar dengan frekuensi tinggi dapat dilihat
diwaktu malam dengan warna kemerahan. Corona discharge dapat mengakibatkan
gangguan radio (komunikasi).
Penanggulangannya dibagian yang runcing dipasang ”static discharge wick”,
yaitu menyalurkan elektrostatik melalui wool bercampur metal. Static discharge
wick dipasang pada :
o Wing tip kiri ; kanan
o Aileron paling luar
o Vertikal stabilizer
o Ujung elevator control surface
Pada pesawat modern (jenis jet), static discharge yang dipakai ”Nul Field Discharge”.
5
Elektrostatik bisa juga timbul pada waktu mengisi bahan bakar (refueling).
Bahan bakar yang mengalir melalui pipa (hose) ke pesawat terbang akan
mengakibatkan timbulnya muatan-muatan listrik yang akan berkumpul di bagian
ujung pipa ”nozzle”. Bila diantara badan pesawat dan pipa terjadi beda potensial
dapat mengakibatkan spark, hal ini sangat berbahaya karena dapat menimbulkan
kebakaran karena spark dan dapat membakar uap bahan bakar.
Penanggulangan dari spark :
o Badan pesawat
o Tangki bahan bakar
Bagian-bagian tersebut disambungkan ke tanah.
6
MATERI 2. SUMBER-SUMBER LISTRIK
A. ENERGI PANAS
Thermo couple
Bila dua buah logam berbeda jenis dihubungkan bersama-sama pada satu
ujung (ujung pengindra / ujung panas) dan pada ujung lain dipertahankan pada
temperatur konstan (referensi) maka pada ujung referensi terdapat beda potensial
(efek seebeck).
Besarnya GGL termal bergantung pada bahan kawat yang digunakan dan pada
selisih temperatur antara titik indra dan titik referensi.
Pada titik referensi 32 °F dapat ditunjukkan perbedaan GGL antara dua logam
yang sering digunakan pada thermo couple, sebagai berikut :
ENERGI PANAS
ENERGI KIMIA
ENERGI MEKANIK
ALAT
KONVERSI
ENERGI
LISTRIK
7
Thermo couple sering digunakan untuk kepentingan pengukuran temperatur
baik cairan atau udara untuk pengukuran jarak jauh bisa digunakan sambungan /
perpanjangan (extention wires) khusus disebut kawat kompensasi yang dibuat dari
bahan yang sama dengan bahan yang dibuat pada thermo couple.
B. ENERGI KIMIA
Jika dua jenis logam yang berbeda di celupkan pada elektrolit maka akan terjadi beda
potensial (proses elektro kimia). Beda potensial yang terjadi diteliti oleh Volta yang dikenal
dengan Deret Volta atau Deret Nern.
Potensial standard Redoks pada temperatur 25°C terhadap elektron Hydrogen, sebagai
berikut :
Au Au+3 + 3e +1,498 volt
O3 + 4H+ + 4e 2 H3O +1,229 volt
Pt Pt+2 + 2e +1,22 volt
Pd Pd+2 + 2e +0,987 ….
Ag Ag+2 + 2e +0,799
2Hg Hg+2 + 2e +0,788
O3 + 2 H3O2 + 4e 4 OH +0,401
Cu Cu+2 + 2e +0,337
Sn+4 + 2e Sn+2 +0,15
2 H+ + 2e H2 0,00
Pb Pb+2 + 2e -0,126 volt
Sn Sn+2 + 2e -0,136 volt
Ni Ni+2 + 2e -0,250 volt
Co Co+2 + 2e -0,277 ….
8
Cd Cd+2 + 2e -0,403
Fe Fe+2 + 2e -0,440
Cr Cr+3 + 3e -0,744
Zn Zn+2 + 2e -0,763
Al Al+3 + 3e -1,662
Mg Mg+2 + 2e -2,363
Na Na+ + e -2,714
K K+ + e -2,925
Konversi energi kimia menjadi energi listrik terdapat dua jenis / golongan, yaitu :
(a) Primary cell / sel primer
o Voltaic cell
o Leclance cell
o Standard cell
(b) Secondary cell / sel sekunder
SEL PRIMER
1. VOLTAIC CELL
o Elektroda terbuat dari Tembaga (Cu) atau Seng (Zn).
o Larutan / elektrolit yaitu Asam Sulfat (H2SO4).
Pada saat elektroda di celupkan ke elektrolit terjadi reaksi kimia pada elektrolit.
H2SO4 2 H+ + SO4
-2
Pada elektrolit Cu terjadi Cu Cu+2 + 2e (melepaskan elektron ke larutan)
Pada elektroda Zn melepaskan ion ke larutan sehingga
9
Zn+2 + SO4
-2 ZnSO4
Dalam hal ini karena Zn melepaskan ion positif ke larutan maka Zn akan menjadi elektroda
negatif ; sebaliknya karena Cu melepaskan elektron ke larutan maka elektroda Cu menjadi
elektroda positif.
Hydrogen dari hasil reaksi akan menempel di elektroda Cu sehingga mengakibatkan
polarisasi dan mengotori elektroda Cu.
2. ELEMEN LECLANCHE
Carbon / arah dilapisi oleh MnO2 untuk menghindari terjadinya polarisasi.
o Elektroda terbuat dari C (Carbon) sebagai elektroda positif dan Zn sebagai elektroda
negatif.
o Elektrolit terbuat dari NH4Cl.
Pada elektrolit terjadi ionisasi
NH4Cl NH4
+ + Cl-
Jika elektroda disambungkan maka akan terjadi :
Ion Cl- akan menuju ion positif dari Zn+2 sehingga terjadi reaksi :
Zn+2 + 2 Cl- ZnCl2
NH4
+ akan menuju Carbon (C) dan menerima elektron dari elektroda C dan terjadi reaksi :
2 NH4
- + 2e + MnO2 + H2O 2 NH4OH + MnO
Selama terjadi reaksi dalam cell tersebut akan membentuk :
ZnCl2 didekat elektroda Zn
NH2OH didekat elektroda C
MnO2 berubah menjadi MnO
Perbedaan potensial kira-kira 1,4 sampai dengan 1,5 volt pada umumnya ditemui dalam
bentuk elemen kering (dry cell).
SEL SEKUNDER
Pada sel sekunder setelah dipakai dapat diisi kembali (charge). Elektrodaelektroda
pada sel sekunder dapat dikembalikan ke keadaan semula.
Jika sel sekunder dikumpulkan lebih dari satu membentuk rangkaian seri disebut battery
atau accumulator.
Jenis-jenis sel sekunder adalah :
o Lead Acid Battery
10
o Nickle Cadmium Battery
Lead Acid Battery dibandingkan Ni Cad adalah :
 Perbedaan voltage lebih besar
 Konstruksi mudah retak
LEAD ACID BATTERY
Terdiri dari elektroda :
o Elektroda positif PbO2
o Elektroda negatif Pb
Elektrolit terbuat dari campuran H2SO4 di tambahkan dengan H2O.
Selama proses berlangsung terjadi reaksi sebagai berikut :
Pb Pb+2 + 2e
H2SO4 2 H+ + SO4
-2
Pb+2 + SO4
-2 PbSO4
PbO2 + 2H+ + 2e PbO + H2O
PbO + H2SO4 PbSO4 + H2O
Selama discharge kedua plat akan dilapisi oleh PbSO4, sedang didalam elektrolit
H2SO4akan berkurang menjadi H2O (air).
Perbedaan voltage antara elektroda positif dan elektroda negative sekitar 2,0
s/d 2,1 volt dan konstan pada beda potensial 2,0 volt.
Biasanya lempengan dibentuk luas agar kapasitas baterrymenjadi besar dan untuk
menguatkan electron supaya tidak terlalu lunak dipasang grid terbuat dari 10 % antimory
dan 90 % Pb.
11
PENGISIAN (CHARGING)
Pada plat negatip
PbSO4 + 2H+ + 2e Pb + H2SO4
Pada plat positip
PbSO4 + SO4
-2 Pb(SO4)2 + 2e
Dan
Pb(SO4)2 + 2H2O PbO2 + 2H2SO4
Battery baru atau isi penuh elektrolitnya mempunyai perbandingan.
30% H2SO4 dan 70% air dan mempunyai berat jenis 1,300 x berat jenis air. Untuk mengukur
accu masih penuh atau kosong (terpakai) digunakan alat hydrometer. Alat ini bekerja
menggunakan prinsip Archimedes dimana tabung kaca rapat terhadap udara akan terapung
di dalam elektrolit tinggi rendahnya apungan dipengaruhi oleh berat jenis elektrolit.
Battery penuh akan menunjukkan 1,300 – 1,275
Battery setengah penuh akan menunjukkan 1,275 – 1,250
Battery kosong akan menunjukkan 1,250 – 1,200
Dan kondisi ini dipengaruhi oleh temperatur sehingga ada faktor koreksi.
Berat jenis yang normal pada temperatur 700 - 900F, sebagai berikut :
Temperatur Elektrolit (0F) Koreksi
120 ……………………………… +16
110 ………………………………. +12
100 ……………………………… +8
90 ………………………………. Tidak ada koreksi
80 ……………………………… Tidak ada koreksi
70 ………………………………. Tidak ada koreksi
60 ……………………………… -8
50 ………………………………. -12
40 ……………………………… -16
30 ………………………………. -20
20 ……………………………… -24
10 ………………………………. -28
0 ……………………………… -32
-10 ………………………………. -36
-20 ……………………………… -40
12
-30 ………………………………. -44
Perubahan kimia pada Lead Acid Battery selama charge dan discharge
Charge state Chemical charge Discharge
Positive plate PbSO4
PbO2
Losses O2
Gain SO4
PbSO4
Negative plate Pb Gain SO4 PbSO4
Electrolyte H2SO4
Losses SO4
Gain O2
PbSO4
13
MATERI 3. SUMBER-SUMBER TENAGA LISTRIK DI PESAWAT
Battery (di Pesawat) untuk keadaan darurat.
GPU (Ground Power Unit) - Kondisi di darat
- Untuk Start (menghidupkan mesin bagi
pesawat yang startnya menggunakan
motor listrik
- Pengetesan lampu penerangan
- Perawatan system yang dilakukan di
darat.
APU (Auxilliary Power Unit) Tenaga listrik bantu yang letaknnya dipesawat
Jenis GPU, ada dua :
1. DC, dari battery atau mesin DC
2. AC, dari Gen Set
Berikut Seri dua buah Battery GPU untuk pesawat kecil
14
Rangkaian Dasar GPU
Sistem Listrik Arus Bolak Balik
Sumber AC yang digunakan bisa 1 fasa atau 3 fasa dengan tegangan 115 volt dengan
frekuensi 400 Hz.
Pin pluk yang digunakan seperti pada gambar di bawah ini :
15
Sistem GPU dengan Multi Busbar
Rangkaian Tiga Pin Pluk dalam Pesawat Terbang
Jika soket dihubungkan yang akan terhubung 2 soket yang lebih panjang pada
saat itu GPU belum tersambung ke Busbar karena walaupun dua pin telah
terhubung tetapi Ground Power Relay belum menutup, jika soket dimasukkan
terus maka pin yang pendek berhubungan dan arus mengalir menuju sakelar (power
switch selector) yang sebelumnya telah diarahkan ke posisi EXT dan menuju ke
ground atau negative maka relay akan menutup dan sumber arus besar mengalir
16
dari sumber arus darat ke busbar utama tanpa terjadi percikan bunga api pada soket
dan pin karena pada saat arus mengalir soket telah terhubung dengan baik.
Apa yang terjadi pada proses pelepasan socket ?
Sumber Tenaga Bantu Listrik Terbang (APU)
Pesawat – pesawat yang besar kebutuhan sumber tenaga bantu, tidak
diambilkan dari luar atau dari darat melainkan dari dalam pesawat terbang sendiri.
Tenaga bantu tersebut merupakan satu unit yang terdiri dari mesin penggerak
(motor piston atau motor turbin gas), generator dan biasanya dilengkapi dengan
kompresor untuk keperluan sistem pendingin dan pengaturan tekanan udara di
dalam kabin pesawat terbang. Sumber tenaga bantu terbang atau auxiliary power
unit disingkat APU terletak di bagian belakang/ekor dari pesawat tersebut.
Berikut skema posisi APU :
Skema diatas menunjukkan tempat dari APU. Beberapa pesawat yang besar
menggunakan APU sebagai tenaga cadangan bila generator utama mengalami
kerusakan, jadi APU merupakan sumber tenaga yang harus dapat melayani di darat
dan selama penerbangan bila dalam keadaan darurat.
17
Konstruksi Auxiliary Power Unit (APU) dan bagian- bagiannya :
Selain menghasilkan tenaga listrik APU juga dilengkapi dengan kompresor yang
menghasilkan udara bertekanan tinggi, yang digunakan untuk start mesin pesawat. Karena
itu pda mesin pesawat yang besar biasanya untuk start tidak menggunakan motor listrik
melainkan memakai mesin turbin tersendiri yang diputar oleh udara yang bertekanan, yang
berasal dari kompresor yang berada di APU.
18
MATERI 4. BATTERY
Sel dan battery sejak lama telah menjadi sesuatu yang penting dalam sistem perindustrian.
Pentingnya battery dan sel meningkat karena dua trend utama. Pertama peningkatan jumlah
dan aneka ragam perangkat portable. Kedua tidak terhentinya perkembangan rangkaian dan
perangkat.
Pada sel elektrokimia, sebuah battery dapat dihubungkan seri, parallel maupun kombinasi
seri dan parallel. Sel terdiri dari dua bagian yaitu sel primer dan sel sekunder.
Berikut jenis –jenis battery :
1. Carbon Zinc Cell (Battery)
Battery berfungsi untuk penyimpan daya listrik sementara. Battery mengalirkan arus
searah (DC) dan memiliki banyak tipe. Battery dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu
battery basah dan battery kering atau dapat diisi ulang dan tak dapat diisi ulang.
Battery disebut juga elemen kering. Pada elemen kering, elektroda positif (kutub positif)
berupa batang karbon dan pembungkus terbuat dari seng yang merupakan elektroda
negatif (kutub negatif). Adapun susunan sebuah battery jenis Carbon Zinc Cell sebagai
berikut :
Battery jenis ini tidak dapat bertahan lama, tidak bisa melebihi 1 tahun.
2. Alkaline Cell
Battery Alkaline mempunyai konstruksi luar dalam yang mengalami peningkatan yang
amat pesat dari konstruksi battery carbon-zinc cell. Ini juga merupakan tipe primer dan
tidak dapat di recharged. Batang seng yang berada di tengah battery berfungsi sebagai
anoda, dan elektrolit dari battery alkaline adalah Pottasium Hydroxide dan Zinc Oxide.
Elektroda positipnya adalah cylindrical manganese dioxide, bagian ini melakukan
polarisasi lebih cepat karena tempat permukaan silinder lebih besar. Hasilnya battery
19
alkaline dapat lebih baik digunakan untuk aplikasi arus tinggi. Biasanya battery alkaline
dapat bertahan hingga 3 tahun.
3. Lithium Cell
Battery Lithium tersedian dalam beberapa tipe. Kontruksi dari battery lithium terdiri dari
sel lithium thionyl chloride yang menghasilkan kerapatan energi terbesar diantara
sumber primer lainnya. Kerapatannya mencapai 420Wh/Kg dan 800mW/cm3. Berikut
kontruksi dari battery Lithium :
Berikut karakteristik pelepasan untuk lithium thionyl chloride cell :
20
Berikut menunjukkan jenis rangkaian back-up untuk memory chip atau Complementary
Metallic Oxide Semiconductor Random Access Memory (CMOS RAM).
Variasi lain adalah Lithium Iodine Cell. Jenis ini menggunakan lithium sebgai anoda dan
iodine sebagai katoda.
Berikut kontruksinya :
dan gambar berikut akan menunjukkan daya tahan sebuah lithium iodine cell dalam
kurun waktu 100 tahun pada temperatur ruangan.
Sel primer lain yang disunakan dalam industri adalah lithium manganese dioxice,
mercury dan silver oxide cells.
21
4. Nickel Cadmium Cell
Salah satu jenis sel sekunder adalah Nickel- Cadmium Cell atau Battery Ni-Cad. Battery
ini menggunakan potassium hydroxide sebagai elektrolit, cadmium dan iron oxide
sebagai elektroda negatip, dan nickel hydroxide dan grafit sebagai elektroda positip.
Kontruksi dari Battery Ni-Cad adalah :
Battery Ni-Cad menghasilkan 1,25 V per sel yang berakhir pada 90% proses siklus
pelepasan. Gambar selanjutnya akan menunjukkan kapasitas pelepasan dari 90%
hingga 120 %.
Tegangan cutoff yang biasa digunakan adalah 1 V. Battery ini rata-rata biasanya dapat
melakukan hingga 500 siklus pengisian - pelepasan.
22
5. Gel Cell
Gelled electrolyte cells merupakan jenis tertutup untuk Lead Acid Cell yang digunakan
pada mobil otomatis. Battery ini menghasilkan output 2,2 V per sel dan tegangan cutoffnya
1,75 V per sel. Battery ini melakukan seluruh proses pelepasan tanpa bahaya dan
rugi dari kerusakan seharusnya.
Gel cell sama seperti Ni-Cad, mempunyai resistansi dalam rendah dan tidak bisa
mengalami hubung singkat sehingga dapat digunakan pada aplikasi arus tinggi
meskipun pada situasi ini dapat menahan muatan jatuh.