poros

Poros Propeller

Poros propeller merupakan salah satu bagian terpenting dari instalasi penggerak kapal. Putaran mesin ditransmisikan ke propeller melalui poros, maka poros sangat mempengaruhi kerja mesin bila terjadi kerusakan.

Yang perlu diketahui adalah bahwa kedudukan poros propeller dengan mesin induk  adalah harus segaris atau dengan kata lain harus dalam satu garis sumbu. Jika kelurusan garis atau sumbu poros dan mesin induk belum tercapai maka perlu dibuat tambahan dudukan untujk  mesin atau mengurangi tinggai dengan jalan mengurangi tebal bantalan, asalkan tebal bantalan amsih dalam batas yang memenuhi memenu hi criteria tebal minimum suatu bantalan. Bantalan juga digunakan untuk mengurangi terjadinya getaran pada poros yang mengakibatakan  berkurangnya efektifitas poros propeller juga untuk menghindari terjadinya deformasi pada poros  propeller 

Bagian ± Bagian poros.

Tenaga kerja yang dihasilkan mesin induk di teruskan dalam bentuk putaran melalui serangkaian poros ke baling-baling diberikan dorongan yang di bangkitkan oleh baling-baling di teruskan kebadan kapaloleh poros baling-baling.Rangkaian poros itu disebut ³Shafting´ dan pada umumnya terdiri dari bagian ±bagian berikut :

1. Poros pendorong ( Trust Shaft) 2. Poros bagian tengah (Po ros antar) Intermediate shaft 3. Poros baling-baling ( Propeller shaft) Ketiga poros ini saling di hubungkan o leh flange couplings ( sambungan flens) Pada system transmisi pada kapal sebenarnya adalah suatu system dimana daya yang dikeluarkan dari mesin utama (prime mover) supaya dapat digunakan untuk menggerakkan suatu kapal dengan thrust yang sesuai dengan diharapkan, dan untuk memindahkan daya dari prime mover  tersebut maka dibutuhkan dibutuhkan suatu system transmisi pada kapal. kapal.

Transmission system pada suatu kapal terdiri atas berbagai macam komponen dimana komponen tersebut nantinya akan saling berhubungan satu dengan yang lain, komponen komponen tersebut seperti shafting, coupling atau clutch , gearbox dan bearings. Komponen komponen tersebut memiliki peranan masing masing pada system transmisi pada suatu kapal. Perlakuan pada setiap komponen harus diperhatikan dengan detail supaya transmisi daya yang dihasilkan maksimal dan sesuai dengan kebutuhan. Pada shafting misalnya, shafting pada main engine kapal berguna untuk mengkonversikan daya rotasi yang dihasilkan dari main engine/prime mover kapal menjadi thrust yang nantinya digunakan untuk menggerakkan suatu kapal. Propeller juga termasuk salah satu komponen   penting pada proses shafting ini, dimana nantinya propeller inilah yang digunakan untuk  menggerakkan suatu kapal.disini yang harus diperhatikan adalah bagaimana kita mengurangi getaran getaran yang terjadi di poros yang dapat menghilangkan daya yang dihasilkan dari suatu  prime mover, bagaimana system pelumasannya dan sebagainya dan untuk mendukung shafting maka diperlukan lah bearings atau bantalan yang menjaga suatu shaft tetap pada porosnya. Sedangkan gearbox disinilah tempat perubahan daya yang dihasilkan oleh suatu prime mover  diubah dan disesuaikan dengan putaran propeller yang dibutuhkan agar tidak terjadi kavitasi dan daya dapat dipergunakan secara maksimal untuk menggerakkan kapal.didalam suatu gearbox  pada kapal terdapat suatu reduction gear yang digunakan untuk menurunkan putaran dari mesin utama. Perlu diperhatikan desain roda gigi tersebut dan di sesuaikan dengan bentuk propeller  Setiap propeller digerakkan dengan sistim roda gigi dengan perbandingan reduksi yang sesuai dengan karakteristik baling-baling. Sistim roda gigi adalah dari reversing reduction gear type. Setiap roda gigi dilengkapi dengan pompa minyak pelumas, thermometer, dan Thrust bearing yang dipasang menyatu dengan rumah roda gigi, berapa rasio ukuran tiap gear yang tepat dan lain sebagainya.pada clutch atau coupling sebenarnya clutch atau coupling ini berfungsi menghubungkan antara gear dengan shaft. Maka melihat uraian diatas maka perlu kita memahami apa itu daya dan thrust pada kapal terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam masalah system transmisi pada kapal.  Engine  banyak ditemui dalam aktifitas kehidupan manusia, secara kumulatif sebagai penghasil daya yang berguna untuk menggerakan kendaraan, peralatan industri, penggerak generator    pembangkit energi listrik, sebagai penggerak propeler kapal dan lain-lain. Pada suatu engine

dapat menghasilkan daya dan energi maksimal namun tidak semua daya dan energi tersebut nantinya akan digunakan untuk menggerakkan kapal karena terdapat gaya gaya lain yang tedapat  pada suatu kapal. Gaya-gaya ini diteruskan ke poros engkol melalui connecting rod dan melalui main bearing gaya-gaya ini di berikan ke rumah bantalan (engine body). Bearing utama dan journal bearing  pada komponen engine bekerja dengan beban yang tinggi. Beban impulsif akibat kompresi dan   pembakaran menyebabkan adanya beban kontak yang akan terjadi ketika engine beroperasi. Batang penghubung (shaft) menjadi faktor yang sangat dominan dalam penelitian ini karena  berfungsi sebagai alat untuk memindahkan daya indikatur Ni yang dihasilkan dalam cambustion chamber ke poros engkol. Daya ini akan berubah menjadi daya efektif Ne setelah memperhitungkan kerugian mekanis m. Teknik yang digunakan untuk mendeteksi kondisi keausan bantalan termasuk pengukuran ketebalan lapisan film, pengukuran kesesumbuan poros, analisis signal getaran, dan lain-lain sudah dilakukan.

- Daya Efektif (PE) adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya hambat dari  badan kapal (hull), agar kapal dapat bergerak dengan kecepatan servis sebesar Vs.

 P = R xVs

- Daya Dorong (PT) adalah besarnya daya yang dihasilkan oleh kerja dari alat gerak kapal (propulsor) untuk mendorong badan kapal.

 P = TxVa

- Daya Yang Disalurkan ( PD ) adalah daya yang diserap oleh baling-baling kapal guna menghasilkan Daya Dorong sebesar Pt  P = 2 Qd n dimana Q adalah torsi yang disalurkan dari main engine dan n adalah jumlah propeller.

- Daya Poros (PS ) adalah daya yang terukur hingga daerah di depan bantalan tabung poros (stern tube) dari sistem perporosan penggerak kapal. Effisieiensi shaft sekitar 98% dari  Daya Rem /   Brake Power .

Ada 2 tipe pelumasan secara conventional : 1. Pelumasan Minyak  2.

Pelumasan Air 

Sebuah mesin kapal harus diperlengkapi dengan poros trust ( poros dorong) dan bantalan  bantalan untuk menopang dorongan yang dihasilkan kapal selama gerakan maju dan mundur. Pada mesin kecil, poros trust dan bantalan-bantalan ada di dalam tempat gigi transmisi yang dihubungkan langsung dengan mesin. Kini banyak bantalan ball (bola) dan bantalan rolltirus (taper roll bearing) yang dipakai. Besarnya daya dorong (trust) per daya kuda (horse power) adalah sekitar 10-13 kg. Untuk itu pada daya 50 HP, sekitar 600 kg daya dorong dihasilkan. Sementara itu, poros penghubung ini terletak diantara poros dorong (trust shaf) dan poros   propeller. Pada beberapa kapal poros ini ditiadakan, dan juga dikapal-kapal dimana mesin itu merupakan bagian penggerak, yaitu dengan menyambung poros propeller. Bantalan yang ada dimana saat poros propeller keluar dari buritan kapal dinamakan tabung stern (stern Tube), dan menopang poros tersebut pada permukaan bantalannya oleh lignumvitae (kayu pok) atau oleh semacam potongan bantalan yang dimasukkan ke dalamnya. Poros propeller keluar melalui tabung stern dan terhubungkan pada sebuah poros perantara atau

  poros dorong diujung posisi/ kedudukan maju, pada ujung conis (miring) adalah tempat duduknya propeller.

Fungsi

Poros

Poros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenaga bersama-sama dengan  putaran. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakara tali, puli sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel, roda jalan dan roda gigi, dipasang berputar terhadap poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar. Contohnya sebuah poros dukung yang berputar  , yaitu poros roda keran berputar gerobak. Untuk merencanakan sebuah poros, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut. 1. Kekuatan poros Pada poros transmisi misalnya dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur. Juga ada poros yangmendapatkan beban tarik atau tekan, seperti poros  baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan. Jadi, sebuah poros harus direncanakan cukup kuat untuk menahan beban-beban yang terjadi. 2. Kekakuan poros

Walaupun

sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan dan

defleksi puntirannya terlalu besar, maka hal ini akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin  perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan kotak roda gigi). 3. Putaran kritis Putaran kritis terjadi jika putaran mesin dinaikkan pada suatu harga putaran tertentu sehingga dapat terjadi getaran yang terlalu besar. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada   poros dan bagian-bagian yang lainnya. Untuk itu, maka poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritis.

4. Korosi Bahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros yang terancam kavitas dan  poros mesin yang sering berhenti lama. 5. Bahan poros Bahan untuk poros mesin umum biasanya terbuat dari baja karbon konstruksi mesin, sedangkan untuk pembuatan poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban   berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom, dan baja khrom molybdenum.

GETARAN

± GETARAN PADA POR OS

Suatu fenomena yang terjadi dengan berputarnya poros pada kecepatan ± kecepatan tertentu adalah getaran yang sangat tinggi, meskipun poros dapat berputar dengan baik pada kecepatan ± kecepatan yang lain. Pada kecepatan ± kecepatan semacam itu dimana getaran menjadi sangat besar, dapat terjadi kegagalan poros atau bantalan ± bantalan. Atau getaran dapat menyebabkan kegagalan karena tidak bekerjanya komponen ± komponen sesuai dengan fungsinya, seperti yang dapat terjadi pada sebuah turbin uap dimana ruang bebas antara rotor dan rumah adalah kecil. Getaran semacam ini dapat menyebabkan apa yang disebut olakan poros, atau mungkin menyebabkan suatu osilasi puntir pada poros, atau suatu kombinasidari keduanya. Meskipun kedua peristiwa itu berbeda, namun akan ditunjukkan bahwa masing ± masing dapat ditangani dengan cara ± cara yang serupa dengan memperhatikan frequensi pribadi dari isolasi. Karena poros ± poros pada dasarnya elastik, dan menunjukkan karakteristik ± karakteristik   pegas.

Poros ini mengalami suatu momen punter atau momen lentur . Jika pada poros tersebut terdapat kombinasi antara momen lentur dan momen puntir maka perancangan poros harus didasarkan  pada kedua momen tersebut. Banyak teori telah diterapkan untuk menghitung elastic failure dari material ketika dikenai momen lentur dan momen puntir, misalnya : 1. Maximum shear stress theory atau Guest¶s theory Teori ini digunakan untuk material yang dapat diregangkan (ductile), misalnya baja lunak (mild steel). 2. Maximum normal stress theory atau Rankine¶s theory Teori ini digunakan untuk material yang keras dan getas (brittle), misalnya besi cor (cast iron). Pada pembahasan selanjutnya, cakupan pembahasan akan lebih terfokus pada pembahasan baja lunak (mild steel) karena menggunakan material S45C sebagai material. Secara analitis getaran yang mengakibatkan tegangan pada poros dapat dihitung secara terperinci. Misalnya, tegangan geser yang diizinkan untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dari berbagai cara, salah satu cara diantaranya dengan menggunakan perhitungan   berdasarkan kelelahan puntir yang besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang  besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik. Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik, sesuai dengan standar ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar . Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh masa dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan . Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukan pengaruh ini kedalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan dalam yang besarnya 1,3 sampai 3,0 (Sularso dan Kiyokatsu suga, 1994: 8). Pada Pembebanan yang berubah ± ubah (fluctuating loads),Pada berbagai sumber bacaan tentang poros pembebanan tetap (constant loads) telah banyak dibahas mengenai yang terjadi   pada poros dan ternyata pembebanan semacam ini divariasikan apapun akan tetap konstan sehingga pembebanan seperti apapun tidak menjadi masalah, dengan asumsi masih dibawah tegangan luluhnya (yield). Dan dari segi lain pada kenyataannya bahwa poros akan mengalami

  pembebanan puntir dan pembebanan lentur yang berubah-ubah. Dengan mempertimbangkan   jenis beban, sifat beban, dll. yang terjadi pada poros maka ASME (American Society of  Mechanical Engineers) menganjurkan dalam perhitungan untuk menentukan diameter poros yang dapat diterima (aman) perlu memperhitungkan pengaruh kelelahan karena beban berulang.

PERANCANGAN BAHAN POR OS

Pada perancangan bahan poros ini terdapat perlakuan panas. Perlakuan panas adalah  proses pada saat bahan dipanaskan hingga suhu tertentu dan selanjutnya didinginkan dengan cara tertentu pula. Tujuannya adalah untuk mendapatkan sifat-sifat yang lebih baik dan yang diinginkan sesuai dengan batas-batas kemampuannya. Sifat yang berhubungan dengan maksud dan tujuan perlakuan panas tersebut meliputi: 1. Meningkatnya kekuatan dan kekerasannya. 2. Mengurangi tegangan. 3. Melunakkan . 4. Mengembalikan pada kondisi normal akibat pengaruh pengerjaan sebelumnya.

5. Menghaluskan butir kristal yang akan berpengaruh terhadap keuletan  bahan. Untuk proses pembuatan poros dengan melakukan hardening permukaan. Pemanasan   poros ini dilakukan di atas suhu transformasi fase dan selanjutnya didinginkan dengan cepat sekali pada suhu kamar. Sehingga terbentuk suatu fase yang stabil pada suhu tinggi, pengerasan dengan cara ini mengakibatkan terbentuknya susunan yang tidak stabil. Tetapi inilah yang membuat elemen poros ini tidak mudah aus tergerus oleh gesekan yang ada. Untuk mendapatkan sifat-sifat bahan untuk poros yang lebih baik sesuai dengan karakter  yang diinginkan dapat dilakukan melalui pemanasan dan pendinginan. Tujuannya adalah mengubah struktur mikro sehingga bahan dikeraskan, dimudahkan atau dilunakan. Pemanasan  bahan dilakukan diatas garis transformasi kira-kira pada 770 derajat C sehingga perlit yang ada   pada bakal poros itu berubah menjadi austenit yang homogen karena terdapat cukup karbon. Pada suhu yang lebih tinggi ferrit menjadi austenit karena atom karbon difusi ke dalam ferrit tersebut. Untuk pengerasan baja, pendinginan dilakukan dengan cepat melalui pencelupan kedalam air, minyak atau bahan pendingin lainnya sehingga atom-atom karbon yang telah larut dalam austenit tidak sempat membentuk sementit dan ferrit akibatnya austenit menjadi sangat keras yang disebut martensit. Pada baja setelah terjadi austenit dan ferrit kadar karbonya akan menjadi makin tinggi sesuai dengan penurunan suhu dan akan membentuk hipoeutektoid. Pada saat pemanasan maupun pendinginan difusi atom karbon memerlukan waktu yang cukup. Laju difusi pada saat pemanasan ditentukan oleh unsur-unsur paduanya dan pada saat pendinginan cepat austenit yang berbutir kasar akan mempunyai banyak martensit. Austenit serta martensit inilah yang nantinya akan menjadi sumber kekerasan luar dari poros