METODE PENGUKURAN MOMEN DAN DAYA

PERTEMUAN 10
METODE PENGUKURAN MOMEN DAN DAYA

A.Pengukuran Daya
Menurut sejarah, orang sudah mengenal apa yang dinamakan alat
pengukur daya dari suatu mesin dengan datangnya dynamo. Karena
perkembangan pembuatan mesin atau motor yang kontinu dari tahun
ketahunnya, maka secara otomatis perkembangan alat ukurnya berkembang
pula, baik dalam segi konstruksi maupun bentuk perencanaannya yang mana
ini akan menghasilkan ketelitian pengukuran yang baik.
Sebetulnya pengukuran daya mesin merupakan pengukuran torsi yang
berhubungan dengan tenaga mekanik, baik untuk tenaga yang diperlukan
maupun tenaga yang dikembangkan oleh mesin. Dalam hal ini perlengkapan-
perlengkapan pengukur torsi itu biasanya dianggap sebagai dynamometer.
Dewasa ini dynamometer itu dipergunakan untuk pengukuran pada seluruh
perkembangan dari kerja mesin, mulai dari percobaan dan pengetesan motor
bersilinder tunggal sampai motor pesawat terbang. Tetapi dalam hal ini
bila mesin dalam keadaan tetap atau diam maka pengukuran dayanya
sederhana dan mudah untuk dibuat, tetapi untuk keadaan dinamis mungkin
sukar untuk menentukan pengukuran dayanya. Ukuran atau besaran untuk
kerja suatu motor biasanya dalam bentuk torsi dan tenaga kuda.
Torsi adalah gaya putar yang dihasilkan oleh poros engkol atau kemampuan
motor untuk melakukan kerja, tetapi disini torsi merupakan jumlah gaya
putar yang diberikan ke suatu mesin atau motor pembakaran terhadap
panjang lengannya. Torsi biasanya diberi simbol. Satuan untuk
satuan torsi adalah Pounds-feet atau pounds-inch,dalam satuan British
adalah ft.lb.
Tenaga kuda adalah harga dari kerja yang dilakukan untuk menaikan
beban 33.000 pounds setinggi satu feet dalam waktu satu menit. Jadi untuk
satuan tenaga kuda adalah feet-punds per menit,dalam satuan British
adalah

Hp.
Hubungan torsi dan tenaga kuda dapat ditulis atau ditunjukan dengan rumus
sebagai berikut:
P= [1]
Dimana:
P = Daya (Hp)
T = Torsi (ft.lb)
n = Putaran (rpm)
5252 = Konstanta (jumlah harga yang tidak bisa diubah)
Catatan:
1ft =
1lb =
1Hp = 75 kg.m/dt
Maka:
P = T.n
0,1364 kg.m)(0.1047 dt)
=
= 5251,7 5252
T =
Dimana:
P = Daya (Hp)
T = Torsi (ft.lb)
n = Putaran (rpm)
5252 = Konstanta (jumlah harga yang tidak bisa diubah)
Jika kita ketahui putaran dan tenaga kuda dari mesin yang akan di test
maka torsinya dapat dicari atau sebaliknya.
Meskipun banyak type-type dynamometer yang digunakan, tetapi pada
prinsipnya semua itu bekerja seperti dilukiskan dalam gambar II.1

Keterangan gambar:
r : Jari-jari rotor (ft)
Wc : Beban pengimbang (N)
f : Gaya kopel (ft.lb)

Gambar II.1. Prinsip Kerja Dynamometer

Prinsip kerja sebagai berikut:
Rotor (A) diputarkan oleh sumber daya motor yang ditest,
dipasangkan secara mekanis, elektris, magnetic, hydraulic, dengan stator,
dalam keadaan setimbang. Bila dalam keadaan diam maka ditambahkan sebuah
beban pengimbang (Wc) yang dipasangkan pada (B) dan diengselkan pada
stator. Karena gesekan yang timbul, maka gaya yang terjadi didalam stator
diukur dengan timbangan (C) dan penunjukannya merupakan beban atau muatan
dynamometer.
Dalam satu putaran poros, keliling rotor bergerak sepanjang 2.r
melawan gaya kopel (f).
Jadi kerja tiap putaran: 2.r.f (2.1)
Momen luar yang dihasilkan dari pembacaan W pada timbangan (C) dan
lengan (L) harus setimbang dengan momen putar yaitu: r x f
Maka: r x f = W x L . Jika motor berputar dengan n putaran tiap menit,
maka kerja per menit harus sama dengan: 2 .W.L.n , harga ini
merupakan suatu daya, karena menurut definisi daya dibatasi oleh waktu,
kecepatan putar dan kerja yang terjadi.
Dynamometer pada gambar II.1 tidak memakai beban kontra (Wc = 0); Gaya
pada skala timbangan (W) terjadi karena berat lengan, dan berat yang
tidak seimbang itu disebut "TARE" dynamometer. Tare ini ditentukan dengan
kalibrasi dynamometer dan dikompensasi dengan pemilihan beban (W) yang
cocok ataupun dengan penyetelan skala timbangan.
Energi yang diberikan motor penggerak pada dynamometer harus dapat
di ubah menjadi gerak dan panas. Dalam bab berikut ini beberapa type
dynamometer akan dibahas.

B. Dynamometer
Beberapa type dynamometer dipakai dalam pengetesan kerja mesin,
tetapi menurut cara kerjanya dynamometer dibagi menjadi 3 macam yaitu:
1. Dynamometer Absorbsi
2. Dynamometer Transmisi
3. Dynamometer Penggerak
1. Dynamometer Absorbsi
Sesuai dengan namanya dynamometer ini menyerap daya yang diukur
kemudian disebarkan kesekelilingnya dalam bentuk panas karenanya
dynamometer ini secara khusus bermanfaat untuk pengukuran tenaga atau
daya, torsi yang dikembangkan oleh sumber-sumber tenaga seperti motor
bakar, motor listrik dan sebagainya.
Dynamometer absorbsi ini dibagi menjadi 4 macam yaitu:
a. Dynamometer Mekanis
b. Dynamometer Air
c. Dynamometer Udara
d. Dynamometer Listrik
a. Dynamometer Mekanis
Pada dynamometer ini penyerapan daya dilaksanakan dengan memberikan
gesekan mekanis sehingga timbul panas. Panas ini dipindahkan kesekeliling
(atmosfer) dan kadang-kadang juga didinginkan oleh fluida pendingin yang
lain, misalkan air.
Yang termasuk dalam bentuk ini ialah:
1) Rem jepit atau prony brake dengan bahan kayu
2) Rem tali atau rope brake

a.1). Rem Jepit atau Prony Brake
Rem jepit atau prony brake dibuat dalam berbagai model, salah satu
diantaranya terlihat dalam gambar dibawah ini.

Keterangan gambar.
a : Rotor f :
Timbangan
b : Sabuk baja L : Panjang
lengan torsi
c : Baut pengatur W : Muatan
dynamometer
d : Lengan kopel Wc : Beban pengimbang
e : Balok kayu

Gambar II.2. Rem Jepit atau Prony Brake dengan Bahan Kayu

Penyerapan daya dilakukan dengan jalan mengatur gesekan yang terjadi
antara balok-balok kayu dengan rotor, dimana pengaturannya dilaksanakan
dengan memutar baut pengatur (c).
Rem ini terdiri dari balok-balok kayu (e) yang dipasang antara rotor dan
sabuk baja (b), sedang rotor (a) bekerja pada poros pada dari suatu motor
yang tenaga akan ditest.
Type rem jepit biasanya digunakan untuk pengukuran daya yang tidak
terlalu besar dengan putaran poros maksimum 1000 rpm. Bila putaran
tersebut tinggi, type ini harus di konstruksi dengan sangat hati-hati.
Keuntungan-keuntungan:
Konstruksi sederhana, murah dan mudah dibuat
Baik untuk putaran rendah
Kerugian-kerugian:
Torsi yang konstan pada tiap tekanan, sehingga bisa mengikuti syarat-
syarat beban. Bila mesin kehilangan kecepatannya, rem akan menahan sampai
mati
Sukar menunjukan beban yang konstan
Untuk pengukuran daya dari mesin-mesin tanpa governor akan menemui
kesulitan
Pada kecepatan tinggi pembacaan tidak stabil dan suaranya bising
a.2). Rem Tali atau Rope Brake
Cara kerja dari rem ini hampir sama dengan rem jepit, hanya rem ini
terdiri dari tali disekeliling roda. Bahan tali biasanya kulit, ujung
tali yang satu dikaitkan pada suatu spring balance dan ujung yang satunya
lagi diberi beban seperti terlihat pada gambar dibawah ini penyerapan
daya dilakukan oleh tali karena gesekan dengan roda.

Gambar II.3. Rem Tali
Dari gambar II.3 besar momen yang timbul:
M = (W1-W2) r
Sehingga daya menjadi:
P = (Hp) (2.2)
Dimana,
P = Daya tarik (Hp)
W= Beban pengimbang (N)
n = Putaran tiap menit (Rpm)
M = Momen yang timbul (N)
Rem tali sangat sederhana dan mudah dibuat, tetapi hanya bisa bekerja
pada putaran rendah dengan kapasitas penyerapan daya kecil.
b. Dynamometer Hidraulik atau Dynamometer Air
Dynamometer hidraulik menggunakan fluida cair untuk mengubah daya
mekanis menjadi energi panas. Fluida yang digunakan biasanya air sehingga
dynamometer ini sering disebut dynamometer air.
Ada 2 macam dynamometer air yaitu:
1) Dynamometer air type gesekan fluida
2) Dynamometer air type agitasi atau semburan
b.1) Dynamometer Air Type Gesekan Fluida
Pada dasarnya dynamometer ini terdiri dari sebuah rotor atau elemen
putar dengan kedua belah permukaannya rata, berputar dalam sebuah casing
serta casing tersebut diisi dengan air selanjutnya air fluidanya
disirkulasi secara kontinu. Akibat sirkulasi air tersebut terjadi
pergesekan pada bagian fluidanya.
Dynamometer ini bisa bekerja pada kecepatan beberapa ribu rpm dengan
penyerapan daya yang lebih besar bila dibandingkan dengan type
dynamometer sebelumnya. Sebuah type sederhana terlihat pada gambar
dibawah ini.

Gambar II.4. Dynamometer Air Type Gesekan Fluida

Kapasitas dynamometer jenis ini tergantung pada 2 faktor yaitu kecepatan
putaran poros dan tinggi permukaan air. Penyerapan dayanya mendekati
fungsi pangkat tiga dari kecepatan putaran poros atau rotor.
Penyerapan pada kecepatan tertentu bisa dilakukan dengan pengaturan
tinggi permukaan air pada atau dalam casing. Jumlah air yang bersikulasi
harus cukup banyak agar tidak sampai terjadi uap dibagian manapun dari
alat, karena dengan timbulnya uap tersebut akan mengakibatkan hilangnya
beban sesaat ataupun tidak.
Menurut Gibson, usaha yang dilakukan atau dikerjakan pada tiap-tiap
permukaan dari piringan adalah sebagai berikut:
U = 2 (2.3)
Diintegrasikan,
U = (Joule) (2.4)
Dimana,
: Kecepatan sudut (radian per detik) atau
n : Putaran tiap detik
R1 : Jari-jari piringan (m)
R2 : Jari-jari lingkaran (m)
f : Konstanta = 0,004 ini tergantung dari tahanan antara fluida
dengan logam
Dari rumus diatas terbukti bahwa rem type ini dapat menyerap daya yang
besar pada kecepatan yang tinggi, dari kapasitas yang berlainan langsung
sebagai jumlah piringan–piringan, sehingga merupakan pangkat tiga dari
jumlah putaran dan sebagai pembedaan pangkat lima dari jari-jari piringan
dan jari-jari air.
Suatu rem air hanya cocok untuk menyerap kerja yang umum dan cukup
baik untuk menguasai beban konstan yang terpecah-pecah pada kecepatan
yang diinginkan, karena efek tenaganya disebabkan oleh perubahan air.
Penyerapan daya besar pada kecepatan tinggi
Bila mesin kehilangan kecepatannya, maka pengereman akan turun dengan
cepat sehingga mesin tidak mati
Perubahan beban mudah dilaksanakan dan tahan terhadap goncangan
Kerugian-kerugian:
Air harus selalu diganti
Bagian dalam dipengaruhi oleh erosi dan korosi
Harga mahal

b.2). Dynamometer Air Type Agitasi (Semburan)
Bentuk dari dynamometer ini hampir sama dengan bentuk dynamometer
type gesekan fluida, tetapi ada perbedaan diantara kedua bentuk tersebut
yaitu terletak pada cara penyerapan daya. Selain dengan gesekan juga
karena agitasi, sehingga dynamometer ini relatif lebih besar. Penampang
melintang ini terlihat pada gambar dibawah ini.

Gambar II.5. Dynamometer Air Type Agitasi (Semburan)

Dynamometer ini terdiri dari sebuah poros yang memegang sebuah
rotor dan berputar didalam casing yang tidak bisa dimasuki air. Disetiap
permukaaan rotor terdapat sejumlah baling-baling radial yang dipasang
pada poros rotor. Ruangan antara baling-baling ini membentuk poket-poket
1/2 elip, juga pada permukaan casing dilengkapi dengan baling-baling
seperti pada rotor. Bila rotor digerakan, air disemburkan keluar oleh
tenaga sentripugal; air yang disemburkan itu ditahan oleh poket-poket
casing dan poket-poket casing ini berfungsi untuk mengembalikan air ke
rotor, sehingga air terus bolak-balik antara poket rotor dan poket
casing. Ini merupakan proses turbulensi yang tinggi yang terus terjadi
berulang-ulang. Akibat proses turbulensi maka akan terjadi panas, tetapi
panas ini dapat dihilangkan dengan jalan mengatur luapan air yang terus
menerus mengisi bagian belakang poket-poket casing dengan sebuah pipa
karet yang flexible, selanjutnya air tidak boleh melebihi 600C.
Muatan pada mesin bisa diubah dengan atau memundurkan pintu geser
yang terletak antara rotor dan poket casing, jadi memungkinkan casing
bekerja secara aktif dalam formasi pusaran air yang menyerap tenaga.
Pergerakan pintu geser diatur dengan sebuah hand wheel yang terletak pada
bagian luar casing.
Poros rotor pada casing bergerak atau berputar didalam bearing juga
dilengkapi dengan penekan anti air (water seal), sedang casing di tumpu
pada trunion bearing yang berbentuk bola besar (self lining) dan juga
pada casing dilekatkan sebuah lengan torsi yang dihubungkan dengan sebuah
spring balance. Kedudukan spring balance jarumnya harus menunjuk nol
(berarti dynamometer dalam keadaan setimbang) pada waktu berhenti dan
pada waktu air mengalir masuk casing tetapi mesin belum bekerja.
Kesetimbangan ini dapat dilakukan dengan memberi pada casing suatu beban
penyeimbang yang sudah dikalibrasi terlebih dahulu.
Range pengukuran adalah 50-100.000 Hp dan bekerja pada kecepatan 50-
20.000 rpm.
Kapasitas daya penyerapan besar dan daerah putaran tinggi
Tahan terhadap goncangan
Bentuknya kecil
Kerugian-kerugian:
Diperlukan aliran air dengan tekanan tertentu
Temperatur air yang keluar tidak boleh lebih dari 600C.
Dipengaruhi oleh erosi dan korosi
Harganya mahal
c. Dynamometer Udara
Untuk menyerap daya yang diukur, dynamometer ini menggunakan udara
atmosfer. Penyerapan daya yang terjadi karena gesekan yang timbul antara
udara dengan sebuah rotor berupa kipas yang berputar.
Dynamometer ini dibuat dalam banyak model, diantaranya terlihat seperti
pada gambar dibawah ini.

Keterangan:
a) Lengan beban
b) Bantalan poros
c) Lengan pengimbang
Gambar II.6 Rem Kipas
Pengaturan bebannya dilakukan dengan merubah radius kipas, ukuran atau
sudut kipas. Dengan memasang mesin pada bantalan ayun, maka reaksi mesin
yang timbul karena gesekan yang terjadi antara rotor dengan udara akan
terbaca pada skala.
Tidak memerlukan pendinginan
Untuk beban konstan dan waktu pengujian yang lama sangat baik
Mudah dibuat, murah dan sederhana
Kerugian-kerugian:
Kesukaran merubah beban pada waktu mesin sedang berjalan
Kapasitas penyerapan daya kecil
Pengukuran tenaga tidak teliti, jadi hanya merupakan pendekatan
Harus dilakukan koreksi terhadap kondisi atmosfer
Suaranya gaduh

d. Dynamometer Listrik
Pada dasarnya pengereman yang terjadi pada dynamometer listrik
akibat pemotongan medan magnet oleh pergerakan bahan konduktor.
Ada 2 type dynamometer absorbsi yang bekerja secara listrik yaitu:
1) Dynamometer arus pusaran (eddy current dynamometer)
2) Dynamometer ayunan listrik atau generator
d.1). Dynamometer Arus Pusaran
Dynamometer ini terdiri dari suatu rotor yang digerakkan oleh suatu
motor yang tenaganya akan diukur, dan berputar dalam medan magnet.
Kekuatan medan magnetnya dikontrol dengan merubah arus sepanjang susunan
kumparan yang ditempatkan pada kedua sisi dari rotor. Rotor ini bertindak
sebagai konduktor yang memotong medan magnet. Karena pemotongan medan
magnet itu maka terjadi arus dan arus ini diinduksikan dalam rotor
sehingga rotor menjadi panas.
Pengaturan beban dan pemeliharaan mudah
Pada kecepatan yang rendah penyerapan daya bisa penuh
Kerugian-kerugian:
Harus tersedia sumber arus searah yang besar
Pada penyerapan daya yang besar, panas yang timbul menyulitkan pendingin
Bagian yang dilalui air pendingin dipengaruhi erosi dan korosi

Gambar II.7. Dynamometer Arus Pusaran

d.2). Dynamometer Ayunan Listrik atau Generator
Pada prinsipnya, bidang gerak dynamometer ini diputarkan secara
terpisah baik dengan mengutamakan pipa-pipa saluran utama atau battery
yang mempertahankan suatu tegangan yang konstan. Seluruh mesin ditumpu
dengan ball bearing, casing menahan sebuah lengan torsi untuk menjadikan
seimbang torsi mesin. Torsi mesin disebarkan pada casing oleh daya tarik
medan magnet, yang dihasilkan ketika jangkar sedang berputar dan
mengeluarkan tenaga listriknya pada aliran sebelah luar dynamometer.
Tenaga mesin yang diserap akan membangkitkan tenaga listrik didalam
rangkaian jangkar dan pada saatnya tenaga listrik ini bisa terserap
sepanjang tahanan yang terbuat dari kawat baja atau semacamnya (misal
air).
Dynamometer dipasang pada bantalan ayun dan mengukur momen yang di
timbulkan karena kecenderungan casing berputar. Perhitungan selanjutnya
dapat dihitung memakai rumus seperti dynamometer sebelumnya.
Kapasitas penyerapan sampai 5000 hp dan ketelitian kerja tinggi
Sistem yang tertutup yang tidak terpengaruh oleh gangguan luar
Tidak memerlukan pendinginan
Kerugian-kerugian:
Harga mahal
Untuk penyerapan daya yang besar dengan kecepatan yang rendah sulit
dilaksanakan
2. Dynamometer Transmisi
Dynamometer transmisi digunakan untuk mengukur daya yang sulit
dilaksanakan dengan cara biasa, pemasangannya bisa dilakukan dengan cara
meletakan pada bagian mesin atau diantara dua buah mesin dan daya yang
diukur adalah daya setempat juga biasanya daya ini dimanfaatkan sebagai
energi mekanis atau energi listrik.
Salah satu contoh dari dynamometer transmisi ialah type strain gage
seperti pada gambar II.8.
Pengukuran ini berdasarkan tegangan kawat. Perubahan pada tegangan kawat
akan merubah tahanan listrik.

Gambar II.8 Skema Dynamometer Transmisi

Dengan pemasangan elemen ukur seperti pada gambar II.8, maka untuk tiap
pasang elemen ukur yang satu akan mengalami kompresi murni sedangkan
elemen yang lainnya mengalami tarikan murni. Pada tiap pasang elemen ini
akan terjadi perubahan tahanan listrik karena lengkungan yang mungkin
terjadi pada poros, sehingga yang diukur betul-betul adalah puntiran
poros.
Dengan mengkalibrasi tegangan atau tahanan pada seluruh sistem,
maka akan terbaca momen pada poros. Bila kecepatan putar diketahui maka
dapat dihitung daya poros:
Shp =
Dimana,
Shp : Shaft horse power (Hp)
n : Putaran poros tiap menit (Rpm)
T : Torsi (lb.ft)
Dapat mengukur daya input dari suatu alat
Pengukuran bisa dilaksanakan dimana saja tanpa mengganggu sistem
Pada pengukuran, pembebanan dilakukan oleh sistem tersendiri
Tidak memerlukan pendingin

Kerugian-kerugian:
Poros harus cukup flexible sehingga puntiran karena beban dapat teramati
Diperlukan beban tersendiri yang kadang-kadang tidak mudah pelaksanaannya

3. Dynamometer Penggerak
Dynamometer ini berfungsi sebagai pengukur daya input suatu alat
dan sekaligus mengeluarkan daya untuk alat tersebut. Dynamometer ini
dibuat dalam bentuk motor-generator.
Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:
Bila dynamometer memutarkan suatu alat, maka momen yang diukur akan
mempengaruhi dynamometer untuk berputar ke arah yang berlawanan dengan
arah putarannya sendiri. Untuk bekerja sebagai motor atau generator dapat
dilakukan sebagai berikut:
Bila bekerja sebagai motor (lihat gambar II.9).
Sakelar jala-jala ditutup dan arus di (B) diatur pada kedudukan
maksimum dengan mem-by pass tahanan geser jala-jala di (C). Ini akan
menyebabkan momen permulaan yang maksimum. Tahanan geser (A) dipindah
pada kedudukan tertinggi untuk membatasi arus jangkar. Sakelar (D)
ditutup dan dynamometer akan memutarkan mesin; kecepatan putar bisa
dipertinggi dengan mengurangi tahanan start (A) sampai tegangan penuh
diberikan pada jangkar.
Kecepatan yang lebih tinggi bisa dicapai dengan memperbesar tahanan jala-
jala (C) untuk mengurangi kekuatan jala-jala.

Gambar.II.9 Diagram Rangkaian Dynamometer Listrik

Dengan cara demikian daya yang diperlukan untuk memutar mesin pada setiap
kecepatan dapat diperoleh dengan cepat.
Bila bekerja sebagai generator :
Sakelar jala-jala (D) dibuka, tahanan beban (A) distel pada tahanan
maksimum (penyetelan ini berbeda dengan cara diatas karena letak sakelar
E), karena I = bila R besar maka I akan kecil.
Tahanan jala-jala (B) diperlemah dengan memberikan tahanan maksimum pada
(C) sehingga arus minimum. Bila sakelar beban (E) ditutup, beban minimum
diberikan pada mesin.
Untuk merubah beban, jala-jala diperkuat sehingga tegangan yang yang
dibangkitkan akan naik seperti pada Voltmeter (disini tegangan tertinggi
tidak boleh melebihi yang tertulis pada plat nama).Tentang keuntungan dan
kerugian dynamometer ini sama dengan dynamometer ayunan listrik atau
generator.[2]

C. Pemilihan Bahan Proses
Pemilihan bahan proses pada perancangan dan pengujian prony brake
pada alat uji turbin pelton diantaranya adalah:
1. Baja Lunak (Mild Steel) atau Baja Karbon Rendah Untuk Pelat Pengatur
Sudut Kontak.
2. Aluminium dan Paduannya Untuk Puli (Silinder Gesek).
3. Kulit

1. Baja Lunak (Mild Steel) atau Baja Karbon Rendah Untuk Pelat Pengatur
Sudut Kontak.
Baja ini disebut baja ringan (mild steel) atau baja perkakas, baja
karbon rendah bukan baja keras, karena kandungan karbonnya rendah kurang
dari 0,3%. Baja ini dijadikan mur, baut, ulir sekrup, peralatan senjata,
alat pengangkat presisi, batang tarik, perkakas silinder, dan penggunaan
yang hampir sama. Penggilingan dan penyesuaian ukuran baja dapat
dilakukan dalam keadaan panas. Hal ini dapat ditandai dengan melihat
lapisan oksida besinya dibagian permukaan yang berwarna hitam.
Baja juga dapat diselesaikan dengan pengerjaan dingin dengan cara
merendam atau mencelupkan baja ke dalam larutan asam yang berguna untuk
mengeluarkan lapisan oksidanya. Setelah itu, baja diangkat dan digiling
sampai ukuran yang dikehendaki, selanjutnya didinginkan. Proses ini
menghasilkan baja yang lebih licin, sehinggga lebih baik sifatnya dan
bagus untuk dibuat mesin perkakas.[3]
a. Penguatan Baja untuk Proses Pengelasan
Baja lembaran tebal dibuat dalam berbagai macam bentuk dan dilas
menjadikan konstruksi baja. Komposisi kimia baja tersebut adalah C<0,23
%, S<0,04 % dan P<0,04 %. Baja yang tidak mengandung unsur lain selain Si
dan Mn disebut baja lunak (mild steel), yang banyak dipakai untuk bahan
konstruksi baja karena mempunyai sifat mampu las dan mampu bentuk yang
baik.
Tabel II.1. Menunjukan contoh komposisi kimia dan sifat-sifat
mekanik. Kebanyakan baja rol dinormalkan, dengan komposisi kimia hanya
mencapai kekuatan tarik 45 kg/mm2. Baja kekuatan tinggi adalah baja
paduan rendah dengan kekuatan lebih tinggi adalah baja paduan rendah
dengan kekuatan lebih tinggi dari baja lunak, biasanya kekuatan tariknya
kira-kira 50-100 kg/mm2.[4]

Tabel II.1. Baja Lunak
"Penama"Tanda "Keteba"Komposisi kimia % "Batas "Kekuata"Perpanj"
"an "JIS "lan t " "mulur "n tarik"angan "
"standa" "(mm) " "(kgf/m"(kgf/mm"batang "
"r " " " "m2) ")2 "uji "
" " " " " " "(No.1)("
" " " " " " "%) "
" " "
" "99,996 ">99,0 "
"Masa jenis (200C) "2,6989 "2,71 "
"Titik cair "660,2 "653-657 "
"Panas jenis (cal/g.0C)(1000C) "0,2226 "0,2297 "
"Hantaran listrik (%) "64,94 "59(dianil) "
"Tahanan listrik koefisien "0,00429 "0,0115 "
"temperature (0C) " " "
"Koefisien pemuaian (20-1000C) "23,86x10-6 "23,5x10-6 "
"Jenis kristal, konstanta kisi "fcc,a= "fcc,a= "
" "4,013kX "4,04kX "

Tabel II.3 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium
" "Kemurnian Al (%) "
"Sifat-sifat " "
" "99,996 ">99,0 "
" "Dianil"75% dirol "Dianil"H18 "
"Kekuatan tarik (kg/mm2) " "dingin " " "
"Kekuatan mulur " " " " "
"(0,2%)(kg/mm2) " " " " "
"Perpanjangan (%) " " " " "
"Kekerasan brinell " " " " "
" "4,9 "11,6 "9.3 "16,9 "
" "1,3 "11,0 "3,5 "14,8 "
" "48,8 "5,5 "35 "5 "
" "17 "27 "23 "44 "

Sumber: Tata Surdia,et.al.,"Pengetahuan Bahan Teknik",cetakan ke-4,
Jakarta 1999.
Tabel II.2. menunjukan sifat-sifat fisik Al dan Tabel II.3
menunjukan sifat-sifat mekaniknya. Ketahanan korosi berubah menurut
kemurnian, pada umumnya untuk kemurnian 99.0% atau diatasnya bila
dipergunakan di udara tahan dalam waktu bertahun-tahun. Hantaran listrik
Al, kira-kira 65% dari hantaran listrik tembaga, tetapi masa jenisnya
kira-kira sepertiganya sehingga memungkinkan untuk memperluas
penampangnya.
b. Paduan Al-Si
Paduan Al-Si sangat baik kecairannya yang mempunyai permukaan bagus
sekali tanpa kegetasan panas dan sangat baik untuk paduan coran, sebagai
tambahan ia mempunyai ketahanan korosi yang baik, sangat ringan,
koefisien pemuaian yang kecil dan sebagai penghantar yang baik untuk
listrik dan panas. Karena mempunyai kelebihan yang menyolok, paduan ini
sangat banyak dipakai untuk paduan coran cetak. Tetapi dalam hal ini
modifikasi tidak perlu dilakukan. Sifat-sifat bahan diperbaiki oleh
perlakuan panas dan sedikit diperbaiki oleh unsur paduan. Umumnya dipakai
paduan dengan 0,15-0,4%Mn dan 0,5Mg. Paduan yang diberi perlakuan
pelarutan dan dituakan dinamakan silumin, dan yang hanya di temper
saja dinamakan silumin. Paduan yang memerlukan perlakuan panas
ditambah dengan Mg juga Cu serta Ni untuk memberikan kekerasan pada saat
panas, bahan ini biasa dipakai untuk torak motor.[5]

3. Kulit
Jenis sabuk yang dipergunakan pada rem gesek untuk alat uji turbin
pelton yaitu jenis sabuk datar bahan kulit. Rem sabuk mempunyai beberapa
keuntungan seperti luas permukaan lapisan dapat dibuat besar, pembuatan
mudah, pemasangan tidak sukar, gaya rem besar dalam keadaan berhenti, dan
lain-lain. Tetapi karena sukar dikendalikan, rem ini tidak cocok untuk
putaran tinggi, karena pita dapat putus.[6] Syarat yang harus dipenuhi
oleh bahan sabuk adalah kekuatan untuk bertahan terhadap kelengkungan
yang berulang pada sekeliling puli.
Sebagai bahan untuk sabuk penggerak rata dipergunakan kulit. Ujung
sabuk penggerak dapat disambung dengan engsel jepit, kait, engsel atau
lebih baik dengan menggunakan lem. Sabuk dapat terbuat dari karet,
balata, katun, sutera, dan dari bahan buatan lainnya. Sabuk dari bahan
buatan mempunyai keuntungan pada permukaan regangan yang tetap, dan sabuk
sepenuhnya elastis.
Bahan gesek untuk rem harus mempunyai sifat sebagai berikut:
a. Koefisien gesek yang tinggi dan merata
b. Sifat bahan yang tidak dipengaruhi oleh lingkungan, kondisi seperti
kelembaban
c. Daya tahan terhadap suhu yang tinggi, dan (conductifity) penghantar
panas yang baik
d. Kekenyalan (resiliency) yang baik
e. Ketahanan yang tinggi terhadap keausan, goresan, penggumpalan
Lapisan rem terdiri dari campuran serat asbes untuk mendapat
kekuatan dan kemampuan bertahan terhadap suhu yang tinggi, berbagai
partikel-partikel gesekan untuk mendapatkan suatu tingkat ketahanan
terhadap keausan dan juga koefisien gesek yang lebih tinggi, dan bahan
pengikat.
Variasi bahan benda gesek yang lebih luas, bersama dengan beberapa sifat-
sifatnya. Beberapa dari bahan ini bisa bekerja dalam keadaan basah dengan
memasukannya ke dalam oli atau menyemprotnya dengan oli. Ini mengurangi
koefisien gesek sedikit tetapi bisa membuang panas yang lebih banyak dan
memungkinkan tekanan pemakaian yang lebih tinggi. Perhatikan tabel II.4
dan tabel II.5 dibawah ini.

Tabel II.4 Bahan-Bahan Gesek Untuk Rem
"Bahan "Koefisien gesek "Suhu maks "Tekanan maks "
" "Basah "kering "0F "0C "Psi "Kpa "
"Besi tuang "0,05 "0,15-0,20"800 "320 "150-250"1000-1750"
"pada besi " " " " " " "
"tuang " " " " " " "
"Logam besi "0,05-0,1 "0,01-0,4 "1000 "540 "150 "1000 "
"Pada besi " " " " " " "
"tuang " " " " " " "
"Logam tepung "0,05-0,1 "0,1-0,3 "1000 "540 "300 "2100 "
"pada baja " " " " " " "
"keras " " " " " " "
"Kayu pada "0,16 "0,2-0,35 "300 "150 "60-90 "400-620 "
"baja atau " " " " " " "
"besi tuang " " " " " " "
"Kulit pada "0,12 "0,3-0,5 "200 "100 "10-40 "70-280 "
"baja atau " " " " " " "
"besi tuang " " " " " " "
"Gabus pada "0,15-0,25"0,3-05 "200 "100 "6-14 "50-100 "
"baja atau " " " " " " "
"besi tuang " " " " " " "
"Bulu kempa "0,17 "0,22 "280 "140 "6-10 "35-75 "
"pada baja " " " " " " "
"atau besi " " " " " " "
"tuang " " " " " " "
"Asbes anyam "0,1-0,2 "0,3-0,6 "350-600 "175-260 "60-100 "350-700 "
"pada baja " " " " " " "
"atau besi " " " " " " "
"tuang " " " " " " "
"Asbes cetak "0,08-0,12"0, 2-0,65"600 "260 "50-150 "350-1000 "
"pada baja " " " " " " "
"atau besi " " " " " " "
"tuang " " " " " " "
"Asbes yang "0,12 "0,32 "600-750 "260-400 "150 "1000 "
"dimatangkan " " " " " " "
"pada baja " " " " " " "
"Carbon grafit"0,05-0,1 "0,25 "700-1000 "370-540 "300 "2100 "
"pada baja " " " " " " "

Koefisien gesek ini bisa dipertahankan dalam daerah ± 5% untuk bahan-
bahan tertentu dalam kelompok ini.

Tabel II.5. Beberapa Sifat Lapisan Rem
"Sifat lapisan "Lapisan yang "Lapisan yang"Balok yang "
" "Di tenun " "kaku "
" " "Di cetak " "
"Kekuatan tekan, kpsi "10 – 15 "10 – 18 "10 – 15 "
"Kekuatan tekan, MPa "70 – 100 "70 – 125 "70 – 100 "
"Kekuatan tarik, kPa "2.5 – 3 "4 - 5 "3 – 4 "
"Kekuatan tarik, MPa "17 – 21 "27 – 35 "21 – 27 "
"Suhu maksimum, ˚F "400 – 500 "500 "750 "
"Suhu maksimum, ˚C "200 – 160 "260 "400 "
"Kecepatan maks, rpm "7500 "5000 "7500 "
"Kecepatan maks, m/s "38 "25 "38 "
"Tekanan maks, psi "50 –100 "100 "150 "
"Tekanan maks, kpa "340 – 690 "690 "1000 "
"Koefisien gesekan "0.45 "0.47 "0.40 – 45 "
"rata-rata " " " "

Sumber : dari Z . J . Zania, "friction Clutches and Brakes," dalam
Harold A. Rothbart, (ed), Mechanical Design and Systems Hand Book, Mcgraw-
Hill,1964, sec. 28, pp, 28 – 39.

D. Turbin Impuls
Untuk hulu yang tinggi dan daya yang relatif lebih rendah turbin
reaksi bukan saja akan memerlukan kelajuan yang terlampau tinggi tetapi
tekanannya yang besar pada alurnya akan memerlukan wadah yang tebal pula
turbin ajakan cocok sekali untuk keadaan ini. Karena putaran yang rendah
dan tekanannya yang tinggi akan terkungkung didalam cerat yang sempit saja,
cerat ini mengubah hulu yang tinggi itu menjadi semburan bertekanan
atmosfer dengan kecepatan uji yang besar. Semburan itu menimpa ember-ember
dan menimbulkan perubahan pusa. Ember-ember itu mempunyai bentuk cawan
belah elips. Sistem ember-ember yang berputar itu dinamakan roda pelton,
sebab Lester A. Pelton (1829-1908)lah yang pertama kali membuat rancang
bangunnya yang berdayaguna.[7] Dibawah ini adalah rumus-rumus perhitungan
yang digunakan sebagai berikut:
Gaya air yang diberikan kepada roda turbin pelton secara teoritis adalah:
F = .Q(Vj-u)(1-Cos) [8] (N) (2.5)
Dimana:
F = Gaya air yang diberikan kepada roda turbin pelton (N)
= Masa jenis air = 995,7(kg/m3)
Q = Debit air (m3/s)
Vj = Kecepatan semburan air (m/s)
u = Kecepatan linier roda turbin (m/s)
= Sudut bucket (1650)
Debit air secara teoritis adalah:
Q = .c . h5/2 . tan [9] (m3/s) (2.6)
Dimana:
Q = Debit air (m3/s)
g = Gaya gravitasi = 9,81(m/s2)
c = konstanta = 0,5765
h = Tinggi air Weirmeter = 0,00158 (m)
= Sudut Weirmeter (600)
Kecepatan air secara teoritis adalah:
Vj = Cv(2.g.H)1/2 [10] (m/s) (2.7)
Dimana:
Vj = Kecepatan semburan air (m/s)
Cv = Koefisien kecepatan 0,92 - 0,98
H = Head (m)
Head secara teoritis adalah:
H = [11] (m) (2.8)
Dimana:
V2 =
A =
Dimana:
P = Tekanan air pada pemipaan kg/cm2
H = Head (m)
g = Gaya gravitasi = 9,81(m/s2)
= Masa jenis air = 995,7(kg/m3)
V2 = kecepatan air (m/s)
A = Luas penampang pipa (m2)
d2 = Diameter pipa = 0,03175 (m)
Kecepatan linier secara teoritis adalah:
u =.n.r [12] (m/s) …………………………………………(2.9)
Dimana:
u = Kecepatan linier (m/s)
n = putaran poros turbin (Rpm)
r = Jari-jari turbin = 0,165 (m)
Daya yang diberikan pada roda turbin pelton secara teoritis adalah:
PT = F.u [13] (W) …………………………………………....(2.10)
Dimana:
PT = Daya poros turbin (W)
F = Gaya air yang diberikan kepada roda turbin pelton (N)
u = Kecepatan linier roda turbin (m/s)
Efisiensi mekanis turbin secara teoritis adalah:
(%)………………………………………………(2.11)

Dimana:
= Efisiensi mekanis (%)
PP = Daya Poros turbin (W)
PT = Daya turbin (W)
Daya poros turbin secara teoritis adalah:
PP =T. [14] (W) ……………………………………………..(2.12)
Dimana:
PP = Daya poros turbin (W)
T = Momen Torsi (N.m)
T= Fx l (N.m)
l

l = Panjang lengan = 0,09 (m)
= Kecepatan sudut (rad/det)
= (rad/det)
Torsi puli secara teoritis adalah:
TP = F.(D/2) [15] (N.m) (2.13)

Dimana:
TP = Torsi puli (N.m)
F = Gaya prony brake (N)
D = Diameter puli = 0,04 (m)
Tarikan efektif rem secara teoritis adalah:
Fe= [16](N) (2.14)
Dimana:
Fe=Tarikan efektif rem (N.m)
T= Momen Torsi poros (N.m)
D=Diameter puli = 0,04 (m)
Koefisien gesek
= (2.15)

Dimana:

= Koefisien gesek

= Sudut kontak 900

Koefisien gesek terhadap Gaya gesek

F = .P.A.ls (N) (2.16)

Dimana:

F = Gaya gesek (N)

P = Daya poros turbin (W)

A = Luas penampang puli =(m)

ls = Lebar sabuk = 0,031 (m)

D = Diameter puli = 0.04 (m)

-----------------------
[1] Winther,J.B,"Dynamometer Handbook of Basic Theory and
Aplications",Cleveland,Ohio:Eaton Corporation.(1975).dari
http://images.google.co.id/imgres?imgrul=http.answer.com/main/content/wp/en/
thumb/6/65/800px-[
[2] Froude,Redman Heenan Limited,"
.A·
¸
¼
½
Í
Î
Ï
Ð

op€? ƒ…ëÙëÁëÙë¨ëŒq¨ëÙë¨ëY>¨Instruction Manual Froude Hydraulic Dynamometer
Dp and DPX.R".
[3] Hari Amanto,et.al.,"Ilmu Bahan",cetakan ke-2,Bumi Aksara,Jakarta,2003.
[4] Tata Surdia,et.al.,"Pengetahuan Bahan Teknik",cetakan ke-
4,Jakarta,1999.
[5] Ibid.
[6] Sularso,et.al,"Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin",cetakan ke-
9,Pradnya Paramita,Jakarta,1997.
[7] White Frank M,et al.,"Mekanika fuida ",jilid ke2, edisi ke-2, Erlangga,
Jakarta,1991.
[8] Ibid
[9] Streeter Victor L,et.al.,"Fluid Mechanics"edisi ke-7,McGraw-Hill Book
Company,1979.
[10] White Frank M,et.al.,"Mekanika Fluida",jilid ke-2,edisi ke-
2,Erlangga,Jakarta,1991.
[11] Ibid
[12] Ibid
[13] Ibid
[14] Sumanto,"Mesin Arus-Searah",Andi Offset Yogyakarta,(Perpustakaan
Nasional R.I.),1995.
[15] Sularso,et.al.,"Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin",cetakan
ke-9,Pradnya Paramita,Jakarta,1997.
[16] Ibid

-----------------------
(e)

(c)

(a)

(b)

C tahanan jala-jala

METODE PENGUKURAN MOMEN DAN DAYA

Recommend Documents