catatan adrian: Kenapa Pesawat Dilarang Terbang saat Terjadi Erupsi Gunung Berapi?

Pertama-tama secara pribadi saya turut prihatin dengan kejadian erupsi gunung berapi yang terjadi di negeri kita tercinta ini. Semoga kita semua menerimanya ikhlas dan menjadikannya ladang bersabar bagi yang ditimpa musibah, dan menjadikannya ladang beramal bagi yang tidak ditimpa. Semoga dengan ini, kita bisa mengambil pelajaran positif untuk semakin mendekatkan diri pada Sang Pencipta Langit dan Bumi, menjadikannya sebagai sarana untuk mempersatukan umat dan peduli saudara-saudara kita se-tanah air.

Sebenarnya topik ini sudah ingin saya tulis sesaat setelah erupsi Gunung Merapi di Jogjakarta 4 tahun lalu. Tapi entah kenapa, mungkin lupa atau malas, hingga kemudian tulisan ini belum selesai saya tulis. Nah, erupsi yang terjadi di Gunung Sinabung dan Gunung Kelud baru-baru ini, menggerakkan saya untuk menulis artikel ini kembali. Ditambah lagi, hasil diskusi ttg efek abu vulkanik pada pesawat, dengan salah seorang rekan saya yang akan segera meninggalkan Indonesia untuk belajar di Negeri Sakura, semakin memicu saya untuk menulis artikel ini.

Kita sama-sama tahu, ketika ada kejadian seperti ini, semua jurusan penerbangan yang melalui daerah-daerah yang terselimuti abu vulkanik pasti akan dibatalkan. Bukan hanya ketika abu vulkaniknya masih tebal saja, bahkan mungkin ketika abu vulkaniknya sudah “hilang” beberapa penerbangan masih saja belum beroperasi. Nah, di artikel ini, saya akan coba menjelaskan alasannya.

Namun demikian, karena yang sempat saya pelajari di bangku kuliah itu tentang Mechanical Engineering, jadi, pada kesempatan ini, saya hanya akan mengupas pengaruh abu vulkanik pada pesawat terbang pada sisi mechanical nya saja, lebih ke mesin penggeraknya. Sebenarnya, ini ranah dari para Aeronautical Engineer macam Prof. Habibie yang lebih pantas menjelaskannya. Karena sudah barang tentu, penjelasan mereka akan lebih komprehensif bukan hanya dari sisi engine saja, tapi juga dari sisi-sisi keselamatan penerbangan lainnya.

Oke, berarti sekarang kita move on ke sisi mesinnya yaa. Hehe.

skema Turbofan engine

Pesawat komersial menggunakan Turbofan sebagai mesin penggeraknya. Rolls-Royce (UK) dan General Electric (US) adalah perusahaan yang paling masyur dan jago dalam membuat mesin ini. So, untuk awalan saya akan coba beri sedikit gambaran bagaimana mesin Turbofan itu bekerja. Terdiri dari 5 komponen utama, yaitu: Fan, Kompresor, Ruang Pembakaran, Turbin, dan Nosel. Nosel dan Fan berfungsi sebagai komponen penghasil gaya pendorong (thrust), Kompresor berfungsi untuk memasukkan udara bertekanan tinggi ke dalam ruang bakar, Ruang Pembakaran merupakan tempat terjadinya pembakaran antara campuran bahan bakar dan udara bertekanan, sedangkan Turbin berfungsi untuk menghasilkan daya yg digunakan untuk memutar Kompresor dan Fan. Untuk lebih jelasnya, bisa dibuka link video penjelasan Turbofan di bawah ini.

http://www.youtube.com/watch?v=3gfGdKs9xGM

Nah, Ketika pesawat terbang dalam awan atau area yang terdapat abu vulkanik. Besar kemungkinan abu vulkanik akan masuk ke dalam Turbofan.

Lalu, apa yang terjadi jika abu vulkanik terdapat di dalam Turbofan?

Sejak berpuluh tahun lalu, abu selalu menjadi masalah dalam pembakaran di setiap komponen penghasil panas lain seperti pada Ketel Uap (Boiler) di pembangkit listrik. Abu terdapat di dalam batubara yang menjadi bahan bakar utama di Boiler. Namun demikian, Turbofan berbeda dengan Boiler yang memang sudah di desain untuk menerima abu dalam pembakarannya, sedangkan Turbofan tidak ingin ada abu di dalam proses pembakarannya.

Apa yang terjadi pada abu dalam proses pembakaran? Walaupun abu tidak terbakar pada proses pembakaran, namun abu memiliki efek buruk pada proses pembakaran. Ada istilah di dalam standar pengujian yang disebut: Ash Fusion Temperature. Istilah ini menunjukkan kondisi temperatur dimana partikel abu akan meleleh dan membentuk suatu gumpalan cair jika bertemu dengan partikel-partikel abu lainnya. Dan ketika temperatur lelehan abu itu beranjak turun dari Ash Fusion Temperature-nya, lelehan tersebut akan membeku dan membentuk yang biasa disebut dengan Slag. Pada boiler, terbentuknya slag ini akan sangat merugikan dalam proses perpindahan panas.

slag yang menempel pada pipa-pipa penukar panas di boiler

Nah, kabarnya, abu vulkanik yang dihasilkan dari erupsi gunung berapi itu punya Ash Fusion Temperature yang rendah (sekitar 1100 °C). Rendahnya Ash Fusion Temperature ini, akan menyebabkan slag tidak hanya terbentuk setelah pembakaran, bahkan sebelum pembakaran!! Sementara itu, biasanya, temperatur ruang pembakaran itu sekitar 1500 sampai 2000 °C.

Kira-kira, apa yang bisa terjadi dengan adanya abu dan terbentuknya slag pada Turbofan? Ada beberapa bahaya yang berefek langsung dan tidak langsung.

Efek langsung

Dalam Turbofan, yang paling berbahaya adalah jika slag ini menempel/menutupi luasan area pada Nozzle Guide Vanes (NGV) yang bertekanan tinggi. Nosel ini berfungsi untuk mengarahkan gas hasil pembakaran ke Turbin dimana nantinya gas buang itu akan digunakan untuk memutar Turbin. Jika luasan area dari nosel ini berkurang, tentu daya Turbin akan berkurang yang berakibat daya yang digunakan untuk memutar Kompresor juga berkurang. Jika daya untuk memutar Kompresor berkurang, maka tekanan udara sebelum masuk Ruang Pembakaran akan berkurang drastis. Perbedaan tekanan yang signifikan antara Ruang Pembakaran (lebih tinggi) dan Kompresor (lebih rendah), akan menyebabkan adanya Aliran Balik api dan gas buang ke Kompresor. Api dan gas buang yang seharusnya mengarah ke Turbin, akan berbalik menuju Kompresor dan ekstrimnya, akan menyebabkan terlihatnya Api dan Gas Panas yang keluar dari ujung depan mesin Turbofan. Kondisi seperti ini disebut Engine Surge. Kondisi ini akan meningkatkan temperatur mesin secara drastis dan pada akhirnya mesin akan stop, berhenti bekerja.

Skenario lain yang mungkin terjadi adalah jika slag tersebut menutupi sensor temperatur pada Ruang Pembakaran. Jika ini terjadi, maka akan mengganggu pembacaan sensor temperatur dalam ruang bakar. Temperatur yang ditunjukkan oleh sensor akan lebih rendah dari temperatur yang sebenarnya. Hal ini akan membuat injektor akan menyuplai bahan bakar jauh lebih banyak dari campuran stoikiometri. Kelebihan bahan bakar ini akan membuat api yang sangat besar yang mengakibatkan meningkatnya temperatur mesin Turbofan secara drastis. Dan lagi-lagi, kenaikan temperatur yang terlampau ekstrim dalam waktu yg singkat, akan menyebabkan mesin mati, berhenti bekerja.

British Airways

Kejadian ini pernah dialami oleh British Airways Flight 9, yang terbang dari London Heathrow (UK) ke Auckland (New Zealand) pada tanggal 24 Juni 1982. Ketika itu, Pesawat Boeing 747-236B yang bermesin 4 buatan Rolls-Royce itu, sedang melintasi langit nusantara kita (di sekitar Jakarta) dengan ketinggian sekitar 12000 meter. Dan saat itu juga, Gunung Galunggung baru saja erupsi! Tiba-tiba, pada ketinggian sekitar 12 km itu, di ujung depan keempat mesin Rolls-Royce itu mengeluarkan api yang kemudian mengakibatkan keempat mesin itu mati seketika!!! Dengan mesin yang mati dan ketinggian yang terus berkurang, meskipun sempat panik, si pilot mengarahkan pesawat itu untuk mencoba mendarat darurat di Samudra Hindia. Namun ketika Boeing 747-236 B itu berada pada ketinggan 4000 meter, pilot yang selalu mencoba untuk melakukan prosedur restart engine sejak mesin mati, akhirnya dapat membuat keempat mesin itu hidup kembali walaupun pada akhirnya hanya 2 mesin yang berhasil hidup sempurna. Akhirnya, maskapai British Airways itu bisa mendarat darurat di Bandara Halim Perdana Kusuma. Sejak itu, kejadian ini diingat dengan nama Jakarta Incident. Untuk mengetahui kisah mendebarkan ini, bisa dibuka dua link artikel dan satu link video di bawah ini.

http://www.dailymail.co.uk/news/article-431802/The-story-BA-flight-009-words-passenger-dreads-.html

http://en.wikipedia.org/wiki/British_Airways_Flight_9

http://www.youtube.com/watch?v=OpuxqBp-CXw

Efek tidak langsung

Slag yang terbentuk dari abu dapat juga menempel pada nosel bahan bakar. Hal ini tentunya akan merusak rasio pencampuran udara dan bahan bakar yang akan mengakibatnya turunnya efisiensi pembakaran yang juga akan berakibat menurunkan performa mesin.

Slag juga dapat menempel/menutupi pada lubang-lubang udara yang berfungsi untuk mendinginkan mesin. Hal ini tentunya akan meningkatkan temperatur mesin yang secara perlahan dan pasti mempercepat kegagalan mesin akibat kelelahan termal.

Abu vulkanik dikenal dengan sifatnya yang keras dan tajam. Jika abu vulkanik terus menerus menumbuk sudu Fan dan Kompresor, secara perlahan dan pasti, hal ini sudah barang tentu akan merusak sudu-sudu Kompresor dan Fan serta komponen lainnya yang akan berakibat turunnya performa mesin.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Mungkin ini saja yang bisa saya bagikan untuk rekan2 pembaca semua. Kalo ada suhu-suhu dan rekan-rekan yang lebih punya pengalaman di bidang ini, saya mohon koreksi dan masukannya.

Jangan lupa doakan dan bantu saudara-saudara kita yang sekarang sedang ditimpa musibah akibat erupsi gunung berapi ini. Di sisi lain, kita harus banyak bersyukur, akibat erupsi gunung berapi ini jugalah yang membuat tanah-tanah di negeri kita tercinta ini dikenal sebagai salah satu tanah tersubur di dunia. Tongkat kayu dan batu, jadi tanaman!! Dan perlu diingat juga, potensi 40% Energi Panas Bumi di Dunia itu ada di Indonesia!! Ini juga akibat dari gunung-gunung berapi yang melingkari Tanah Air kita ini.