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 perlengkapanperlengkapan 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

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

1

Hp. Hubungan torsi dan tenaga kuda dapat ditulis atau ditunjukan dengan rumus sebagai berikut: P=

Txn

1

5252

Dimana: P = Daya (Hp) T = Torsi (ft.lb) n = Putaran (rpm) 5252 = Konstanta (jumlah harga yang tidak bisa diubah) Catatan: 1ft =

30 100

1lb =

1 2,2

m kg

1Hp = 75 kg.m/dt Maka:

 30

P = T.n 

 100

1 75

mx

1 2,2

 2  1 n  kg .m / dt 60   75 

kg T 

kg .m / dt  ( 0,1364 kg.m)(0.1047 dt) =

75kg .m / dt 0,01428108kg .m.dt

= 5251,7 ≈ 5252 T =

Px5252 Px5252 n

Dimana: P = Daya (Hp)

1

Winther,J.B,” Dynamometer Handbook of Basic Theory and Aplications”,Cleveland,Ohio:Eaton 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- [


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

2

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 (W c) 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.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

3

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 (W c = 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:


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

4

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 P r o n y B r a k e Rem jepit atau prony brake dibuat dalam berbagai model, salah satu diantaranya terlihat dalam gambar dibawah ini.

(e)

Keterangan gambar. a : Rotor

f : Timbangan

b : Sabuk baja

L : Panjang lengan torsi

c : Baut pengatur

W : Muatan dynamometer

d : Lengan kopel

W c : Beban pengimbang

e : Balok kayu

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


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

5

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 syaratsyarat 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 R o p e B r a k e 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.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

6

Gambar II.3. Rem Tali Dari gambar II.3 besar momen yang timbul: M = (W 1-W2) r Sehingga daya menjadi: P=

2 . M .n 33000

(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


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

7

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.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

8

Menurut Gibson, usaha yang dilakukan atau dikerjakan pada tiap-tiap permukaan dari piringan adalah sebagai berikut: R1



3

4

U = 2  . f . . R .dR ...................................................... (2.3) R 2

Diintegrasikan, U=

2 . f . 3 5

( R1  R2 ) 5

5

(Joule)................................... (2.4)

Dimana,



: Kecepatan sudut (radian per detik) atau  

n

: Putaran tiap detik

2 .n 60

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. Keuntungan-keuntungan: 

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


Air harus selalu diganti



Bagian dalam dipengaruhi oleh erosi dan korosi



Harga mahal


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

9

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


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

10

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 60 0C. 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. Keuntungan-keuntungan: 

Kapasitas daya penyerapan besar dan daerah putaran tinggi



Tahan terhadap goncangan



Bentuknya kecil


Diperlukan aliran air dengan tekanan tertentu



Temperatur air yang keluar tidak boleh lebih dari 60 0C.



Dipengaruhi oleh erosi dan korosi



Harganya mahal

c. Dynamometer Udara


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

11

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.

(a) (c) (b)

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. Keuntungan-keuntungan: 

Tidak memerlukan pendinginan



Untuk beban konstan dan waktu pengujian yang lama sangat baik



Mudah dibuat, murah dan sederhana


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


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

12



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. Keuntungan-keuntungan: 

Pengaturan beban dan pemeliharaan mudah



Pada kecepatan yang rendah penyerapan daya bisa penuh


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


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

13

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).


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

14

Dynamometer dipasang pada bantalan ayun dan mengukur momen yang di timbulkan karena kecenderungan casing berputar. Perhitungan selanjutnya dapat dihitung memakai rumus seperti dynamometer sebelumnya. Keuntungan-keuntungan: 

Kapasitas penyerapan sampai 5000 hp dan ketelitian kerja tinggi



Sistem yang tertutup yang tidak terpengaruh oleh gangguan luar



Tidak memerlukan pendinginan


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


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

15

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 =

2 .n.T 33000

Dimana, Shp : Shaft horse power (Hp) n

: Putaran poros tiap menit (Rpm)

T

: Torsi (lb.ft)

Keuntungan-keuntungan: 

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


Poros harus cukup flexible sehingga puntiran karena beban dapat teramati

Diperlukan



beban

tersendiri

yang

kadang-kadang

tidak

mudah

pelaksanaannya

3. Dynamometer Penggerak


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

16

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.

C tahanan jala-jala

Gambar.II.9 Diagram Rangkaian Dynamometer Listrik


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

17

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 =

E R

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

2

Froude,Redman Heenan Limited,” Instruction Manual Froude Hydraulic Dynamometer Dp and DPX.R”.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

18

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

3

Hari Amanto,et.al.,” Ilmu Bahan”,cetakan ke-2,Bumi Aksara,Jakarta,2003.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

19

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 Penamaan

Tanda

Ketebalan

standar

JIS

t (mm)

Komposisi kimia %

Batas mulur

C

Si

Mn

P

S

2

(kgf/mm )

Kekuatan

Perpanjang

tarik

an batang

(kgf/mm)

2

uji (No.1)(%)

Baja rolan untuk

SB35

ketel

JIS

t≤19

≤0,20

≤0,30

19≤ t ≤50

≤0,22

„

16≤t ≤40

≤0,23

_

50≤t ≤100

≤0,25

≤0,80 „

≤0,035

≤0,050

„

„

≤0,040

≤0,050

„

„

≥19

35-42

≥26

≥24

41-52

≥22

G3103

Baja rolan untuk

SM41A

konstruksi

≥2,50 „

lasan JIS

2. Aluminium dan Paduan Untuk Puli (Silinder Gesek)

Aluminium merupakan logam ringan mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Sebagai tambahan terhadap, kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dan sebagainya, secara satu persatu atau bersama-sama, memberikan juga sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan 4

Tata Surdia,et.al.,” Pengetahuan Bahan Teknik ”,cetakan ke-4,Jakarta,1999.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

20

korosi, ketahan aus, koefisien pemuaian rendah dan sebagainya. Material ini dipergunakan di dalam bidang yang luas bukan saja untuk peralatan rumah tangga tapi juga dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi dan sebagainya. a. Aluminium Murni

Al didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa kembali dapat dicapai kemurnian 99,85 % berat. Dengan mengelektrolisa kembali dapat dicapai kemurnian 99,99 yaitu dicapai bahan dengan angka sembilan empat. Dalam tabel II.2 dibawah ini adalah sifat-sifat fisik aluminium. Tabel II.2. Sifat-Sifat Fisik Aluminium Sifat-sifat

Kemurnian Al (%) 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)

0,00429

0,0115

Koefisien pemuaian (20-1000C)

23,86x10-6

23,5x10-6

Jenis kristal, konstanta kisi

fcc,a= 4,013kX

fcc,a= 4,04kX

Tahanan

listrik

koefisien

temperature (0C)

Tabel II.3 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium Kemurnian Al (%) Sifat-sifat

99,996 Dianil


>99,0

75% dirol dingin

Ir. Djuhana, M.Si.

Dianil

PENGUKURAN TEKNIK

H18

21

Kekuatan tarik (kg/mm2)

4,9

11,6

9.3

16,9

Kekuatan mulur (0,2%)(kg/mm2)

1,3

11,0

3,5

14,8

Perpanjangan (%)

48,8

5,5

35

5

Kekerasan brinell

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 5

Ibid.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

22

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 sepenuhn ya 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 sifatsifatnya. Beberapa dari bahan ini bisa bekerja dalam keadaan basah dengan 6

Sularso,et.al ,”Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin”,cetakan ke-9,Pradnya Paramita,Jakarta,1997.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

23

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

Basah

kering

0

0,15-0,20

Besi tuang pada 0,05

F

Tekanan maks 0

C

Psi

Kpa

800

320

150-250

1000-1750

0,01-0,4

1000

540

150

1000

0,1-0,3

1000

540

300

2100

0,2-0,35

300

150

60-90

400-620

0,3-0,5

200

100

10-40

70-280

0,3-05

200

100

6-14

50-100

0,22

280

140

6-10

35-75

0,3-0,6

350-600

175-260

60-100

350-700

0, 2-0,65

600

260

50-150

350-1000

besi tuang Logam

besi 0,05-0,1

Pada besi tuang Logam

tepung 0,05-0,1

pada baja keras Kayu pada baja 0,16 atau besi tuang Kulit pada baja 0,12 atau besi tuang Gabus

pada 0,15-0,25

baja atau besi tuang Bulu

kempa 0,17

pada baja atau besi tuang Asbes

anyam 0,1-0,2

pada baja atau besi tuang Asbes

cetak 0,08-0,12

pada baja atau besi tuang


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

24

Asbes

yang 0,12

0,32

600-750

260-400

150

1000

0,25

700-1000

370-540

300

2100

dimatangkan pada baja Carbon

grafit 0,05-0,1

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

Lapisan

Balok

yang

yang

yang kaku

Di tenun

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 rata-

0.45

0.47

0.40 – 45

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.


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

25

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: 8

F =  .Q(Vj-u)(1-Cos  )

(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=

8 15

2 g .c . h5/2 . tan

 2

9

(m3/s) ........................ (2.6)

Dimana: Q = Debit air (m3/s) 7

White Frank M,et al.,”Mekanika fuida “,jilid ke2, edisi ke-2, Erlangga, Jakarta,1991. Ibid 9 Streeter Victor L,et.al.,” Fluid Mechanics”edisi ke-7,McGraw-Hill Book Company,1979. 8


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

26

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: P

H=

 . g



V 2

11

2. g

(m) ................................................ (2.8)

Dimana: V 2 = A

Q A

=

 4

xd 2

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) V 2 = kecepatan air (m/s) A = Luas penampang pipa (m2) d 2 = Diameter pipa = 0,03175 (m) 

Kecepatan linier secara teoritis adalah: u

= 2 .n.r

12

(m/s) …………………………………………(2.9)

10

White Frank M,et.al.,” Mekanika Fluida”,jilid ke-2,edisi ke-2,Erlangga,Jakarta,1991. Ibid

11


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

27

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:

 

P P P T

(%)………………………………………………(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

12

Ibid Ibid 14 Sumanto,” Mesin Arus-Searah”,Andi Offset Yogyakarta,(Perpustakaan Nasional R.I.),1995. 13


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

28

l

= Panjang lengan = 0,09 (m)

 = Kecepatan sudut (rad/det)  = 

2. .n 60 det

(rad/det)

Torsi puli secara teoritis adalah: 15

TP = F.(D/2)

(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=

T

16

D / 2

(N) .................................................. ............... (2.14)

Dimana: Fe=Tarikan efektif rem (N.m) T= Momen Torsi poros (N.m) D=Diameter puli = 0,04 (m) 

Koefisien gesek

 =

ln F e  ln F e  F 

 rad

.......................................................... (2.15)

Dimana:

 = Koefisien gesek  = Sudut kontak 900

15

Sularso,et.al.,” Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin”,cetakan ke-9,Pradnya Paramita,Jakarta,1997. 16 Ibid


Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK

29

Metode Pengukuran Momen Dan Daya

Recommend Documents