Laporan akhir fenomena dasar mesin BAB I PENDAHULUAN

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dala bidang konstruksi sifat aterial yang dapat terdefleksi erupakan suatu hal yantg sangat enakutkan karena bila saja hal tersebut terjadi aka struktur yang dibangun baik itu struktur statis aupun dinais akan roboh atau engalai kegagalan. Hal tersebut tentu saja akan ebahayakan jika itu erupakan alat yang berfungsi untuk engangkut orang atu ditepati banyak orang, oleh karena itu perlu perencanaan yang sangat atang untuk ebangun suatu struktur tertentu. Begitu juga dengan poros, seperti poros turbin pada pebangkit daya (power plant) pada saat operasi dengan putaran tertentu poros akan terdefleksi akibat berat rotor ataupun berat dia sendiri. Defleksi yang paling besar terjadi pada putaran operasi itulah yang disebut dengan putaran kritis, yang dapat ebuat struktur poros tersebut gagal sehingga dala operasi dihindari kecepatan putar yang deikian. Oleh karena itu perlu pengetahuan yang dala engenai putaran kritis ini Tujuan 1. Untuk engetahui karakteristik poros dengan ebuat grafik yang enyatakan hubungan defleksi yang terjadi dengan posisi rotor untuk berbagai tegangan. 2. Untuk encari fenoena yang terjadi dengan berputarnya poros pada tegangan yang telah ditentukan Manfaat Dengan adanya praktiku putaran kritis ini kita dapat elihat fenoena yang terjadi pada putaran yang diberikan defleksi paling besar dan engetahui besarnya sehingga bisa dihindari dala operasi suatu syste. Kelopok V 29

2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teori Dasar 1. definisi Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenapang bulat diana terpasang eleen-eleen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, engkol, sprocket dan eleen peindah lainnya. Poros bisa eneria beban lenturan, beban tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya. (Josep Edward Shigley, 1983) 2. aca-aca poros Poros untuk eneruskan daya diklasifikasikan enurut pebebanannya sebagai berikut : a.poros transisi (transission shafts)poros transisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan engalai beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft, daya dapat ditransisikan elalui gear, belt pulley, sprocket rantai, dll. b.gandar Poros gandar erupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang. Poros gandar tidak eneria beban puntir dan hanya endapat beban lentur. Bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar. c.poros spindle erupakan poros transisi yang relatip pendek, seperti poros utaa esin perkakas diana beban utaanya berupa beban puntiran. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deforasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. 3. Klasifikasi Poros Berdasarkan bentuk a.poros Lurus. Poros ini dapat digolongkan atas poros lurus uu. b.poros Engkol. Poros ini berbeda dengna poros diatas, poros ini digunakan sebagai poros utaa pada esin torak. 4. Hal-hal penting dala perencanaan poros a. Kekuatan Poros. Suatu poros transisi akan eneria beban puntir (twisting oent), beban lentur (bending oent) ataupun gabungan antara beban puntir dan lentur. Juga ada poros yang endapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin, dll.dala perancangan poros perlu eperhatikan beberapa faktor, isalnya : kelelahan, tubukan dan Kelopok V 30

3 pengaruh konsentrasi tegangan bila enggunakan poros bertangga ataupun penggunaan alur pasak pada poros tersebut. Poros yang dirancang tersebut harus cukup aan untuk enahan beban-beban tersebut. b. Kekakuan Poros. Meskipun sebuah poros epunyai kekuatan yang cukup aan dala enahan pebebanan tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar akan engakibatkan ketidaktelitian (pada esin perkakas), getaran esin (vibration) dan suara (noise) isalnya pada turbin dan gear box. Oleh karena itu disaping eperhatikan kekuatan poros, kekakuan poros juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis esin yang akan ditransisikan dayanya dengan poros tersebut. c. Korosi. Bahan bahan tahan korosi (terasuk plastik) harus dipilih untuk poros propeler dan popa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif dan poros-poros yang berhenti laa. d. Material poros Poros yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada uunya dibuat dari baja paduan (alloy steel) dengan proses pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khro nikel, baja khro nikel olebdenu, baja khro, baja khro olibden, dll. Sekalipun deikian, baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya karena putaran tinggi dan pebebanan yang berat saja. Dengan deikian perlu dipertibangkan dala peilihan jenis proses heat treatent yang tepat sehingga akan diperoleh kekuatan yang sesuai. e.. Bila putaran esin dinaikan aka akan enibulkan getaran (vibration) pada esin tersebut. Batas antara putaran esin yang epunyai julah putaran noral dengan putaran esin yang enibulkan getaran yang tinggi disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, otor bakar, otor listrik, dll. Selain itu, tibulnya getaran yang tinggi dapat engakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dala perancangan poros perlu epertibangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari putaran kritisnya. Suatu fenoena yang terjadi dengan berputarnya poros pada kecepatankecepatan tertentu adalah getaran yang sangat besar, eskipun poros dapat berputar dengan sangat ulus pada kecepatan-kecepatan lainnya. Pada Kelopok V 31

4 kecepatan-kecepatan seaca ini diana getaran enjadi sangat besar, dapat terjadi kegagalan diporos atau bantalan-bantalan. Atau getaran dapat engakibatkan kegagalan karena tidak bekerjanya koponen-koponen sesuai dengan fungsinya, seperti yang terdapat pada sebuah turbin uap diana ruang bebas antara rotor dan ruah sangat kecil. Getaran seaca ini dapat engakibatkan apa yang disebut dengan olakan poros atau ungkin engakibatkan suatu osilasi puntir pada suatu poros, atau kobinasi keduanya. Mungkin kedua peristiwa tersebut berbeda, naun akan dapat ditunjukkan bahwa asing-asing dapat ditangani dengan cara serupa dengan eperhatikan frekuensi-frekuensi pribadi dari osilasi. Karena poros-poros pada dasarnya elastic, dan enunjukkan karakteristik-karakteristik pegas, aka untuk engilustrasikan pendekatan dan untuk enjelaskan konsep-konsep dari suku-suku dasar yang dipakai dan digunakan analisa sebuah syste assa dan pegas yang sederhana. a. Massa bergerak di bidang horizontal Gabar dibawah eperlihatkan suatu assa dengan berat W pound yang dia atas suatu perukaan licin tanpa gesekan dan diikatkan ke rangka stationer elalui sebuah pegas. Dala analisa, assa pegas akan diabaikan. Massa dipindahkan sejauh x dari posisi keseiangannya, dan keudian dilepaskan. Ingin ditentukan tipe dari gerakan aa dapat enggunkan persaaan-persaaan Newton dengan persaaan energi. b. Massa bergetar di suatu bidang vertical Gabar dibawah eperlihatkan assa yang digantung dengan sebuah pegas vertical. Bobot enyebabkan pegas elendut sejauh x o. Bayangkan assa ditarik kebawah pada suatu jarak x o dari posisi Kelopok V 32

5 keseibangannya dan keudian dilepaskan dan ingin diketahui garaknya sebagai efek gravitasi. Massa yang bergetar secara vertical epunyai frekuansi yang saa seperti assa yang bergetar secara horizontal, dengan osilasi yang terjadi disekitar posisi keseibangan c. Olakan Poros Akan dibahas olakan poros untuk engilustrasikan engapa porosporos ebunjukkan lendutan yang sangat besar pada suatu kecepatan dari operasi, eskipun poros dapat berputar secara ulus pada kecepatankecepatan yang lebih rendah atau lebih tinggi. Gabar dibawah enunjukkan sebuah poros dengan panjang L c ditupu oleh bantalan pada ujung-ujungnya, sebuah piringan yang dipandang sebagai sebuah assa terpusat dan beratnya W Newton, aksi giroskop dari assa akan diabaikan, dan selanjutnya akan diasuksikan poros bergerak elalui sebuah kopling yang bekerja tanpa enahan lendutan poros. Poros dipandang vertical sehingga gravitasi dapat diabaikan, eskipun hasil-hasil yang didapatkan akan saa apakah poros vertikal atau horizontal. Apabila titik berat dari assa ada disubu punter, aka tidak akan ada ketakseibangan aca apapun yang dapt enyebabkan poros berputar Kelopok V 33

6 disuatu subu lain diluar subu poros. Naun dala prakteknya, kondisi seaca ini tidak dapat dicapai, dan titik berat piringan ada disuatu jarak e yang boleh dikatakan kecil, dari pusat geoetri piringan. Dengan titik berat yang diluar subu putar atau subu bantalan, terdapat suatu gaya inersia yang engakibatkan poros elendut, diana lendutan pusat poros dinyatakan dengan r pada gabar dibawah : Pusat geoetri dari piringan, O adalah saa dengan pusat poros pada piringan. Ketika poros berputar, titik tinggi T akan berputar terhadap subu bantalan S. Gaya inersia piringan diseibangkan oleh apa yang dapat Kelopok V 34

7 disebut dengan gaya pegas dari poros ketika poros berputar. Gaya inersia, untuk sebuah assa yang berpuatr terhadap satu pusat tetap, adalah : W + g 2 ( r e) ω Gaya pegas dari poros dapat dinyatakan dengan Kr, diana k adalah laju pegas poros, yakni gaya yang diperlukan per c lendutan poros pada piringan. Dengan enyaakan julah gaya-gaya pada gabar dengan nol, dengan terasuk gaya inersia, aka didapatkan W g 2 ( r + e) ω kr 0 Dengan enata kebali suku-sukunya r e W 2 ω g W 2 k ω g Kecepatan berbahaya dari operasi suatu poros tertentu dinyatakan dengan kecepatan putaran kriyis atau kecepatan olakan, yakni kecepatan diana perbandingan r/e adalah tah hingga. Operasi pada suatu kecepatan yang endekati kecepatan kritis juga tak dikehendaki karena besarnya perpindahan pusat piringan dari subu putar. Kecepatan kritis dapat diperoleh untuk kondisi diana persaaan diatas saa dengan nol : W g 2 k ω orω 0 ( kg / W ) 0.5 Konstanta k dapat dinyatakan dala beraca cara, isalnya seperti konstanta yang diperoleh dari persaaan lendutan sebuah poros dengan tupuan sederhana dibawah aksi suatu beban P Pab r 6LEI ( L 2 a 2 b 2 ) Perbandingan P/r endefinisikan laju pegas k enjadi k P r 6PLEI 2 2 ab( L a b 2 ) Khusus untuk poros yang sedang dibahas ini, kecepatan kritis dapat dinyatakan dengan ω 6PLEI g. rad ab( L a b ) W / det Kelopok V 35

8 Sebuah etode alternative adalah dengan enulis laju pegas k dala suku-suku suatu beban spesifik dan lendutan spesifik, beban yang saa dengan berat piringan, yaitu PW. Lendutan resultane akan berupa lendutan static dari poros horizontal, dibawah aksi beban piringan, lendutan static tersebut dinaakan x st- Jadi, P W k r x atau 1 W g 2 ω ( kg / W ) ( g / x ) rad / det st st xst W d. Efek gesekan terhadap kecepatn kritis Meskipun persaaan teoritik yang diturunkan sebelunya enunjukkan suatu putaran dengan jari-jari yang besarnya tak hingga pada kecepatan kritis, naun kondisi seaca ini secara praktek tidak ungkin. Menurut hasil-hasil yang diperoleh dari persaaan teoritik, poros yang berputar pada putaran kritis tentu saja akan patah atau terdistorsi. Tetapi, kita tahu bahwa poros-poros yang berjalan pada kecepatan kritis tidak perlu patah, dan ungkin berjalan dengan sangat kasar tetapi tanpa distorsi peranent. 1 2 Dari analisa didapatkan hubungan perbandingan aksiu dari r/e tidak tak hingga apabila gesekan diperhitungkan. Tetapi terdapat satu daerah pada suatu kecepatan yang tidak jauh dari kecepatan yang dihitung dengan Kelopok V 36

9 tanpa gesekan. Juga, harga r/e pada kecepatan-kecepatan yang agak jauh dari kecepatan olakan tidak terlalu banyak berbeda dengan atau tanpa gesekan. Dala praktek, biasanya gesekan diabaikan dan kecepatan olakan dihitung dengan tanpa gesekan, dengan kesalahan yang sangat kecil Teori Alat Ukur Alat ukur yang digunakan pada praktiku ini adalah : a. Tachoeter Alat ini digunakan untuk enghitung kecepatan sudut dari assa yang berada pada poros yang akan diuji. Pada percobaan yang dilakukan kai enggunakan tachoeter digital dengan satuan rp. b. Mistar Digunakan untuk engukur jarak agar evariasikan posisi assa rotor. KRITIS BAB III Kelopok V 37

10 3.1. Perangkat Percobaan METODOLOGI otor kopling poros rotor 3.2. Prosedur 1. Periksalah seua peralatan seperti pengatur rotor, otor, bantalan, dan peralatan lain dala keadaan baik. 2. Posisikan letak rotor 3. Hidupkan otor dan atur tegangan dengan slide regulator 4. Hitung putaran (rp) rotor 5. Ulangi kebali percobaan diatas untuk posisi rotor yang berbeda 3.3. Asusi-asusi 1. Percepatan Gravitasi 9,81 /s 2 BAB IV Kelopok V 38

11 PENGOLAHAN DATA 4.1. Tabel Data No L () (kg) a() b() N c (rp) , , , Contoh Perhitungan 1. Perhitungan untuk a 500 b putaran kritis teoritis untuk (N c ) percobaan 1010 rp n c 2π k F * g 2.5kg * 9.81 /s 2 I δ πd 64 4 p * l 3 48* EI k δ F N 3.14 (12) (1000) N N/ Nc teoritis 2π k rp Perhitungan untuk a 300 b 700 n c 2π k F * g 2.5kg * 9.81 /s 2 Kelopok V 39

12 24.53 N I πd (12) δ p * a * b (L 2 -a 2 -b 2 ) 6* EIL ((1000) 2 - (300) 2 (700) 2 ) k δ F 24.53N N/ Nc teoritis 2π k rp 3. Perhitungan untuk a 700 b 300 n c 2π k F * g 2.5kg * 9.81 /s N I πd (12) δ p * a * b (L 2 -a 2 -b 2 ) 6* EIL ((1000) 2 - (300) 2 (700) 2 ) k δ F 24.53N N/ Nc teoritis 2π k rp Kelopok V 40

13 4.3. Tabel Perhitungan No L () (kg) a() b() δ() n c Percobaan (rp) n c Teoritis (rp) 2, , , , , ,621 2, , ,621 2, , , , , ,35 2, , ,35 2, , , , , ,35 2, , , Grafiik Perhitungan Kelopok V 41

14 Grafik Perbandingan Defleksi Dengan Posisi Rotor 3 Defleksi () pengijian 1,4,7 pengujian 2,5,8 pengujian 3,6, : : :300 Posisi Rotor () Grafik Perbandingan Nc Percobaan dengan Posisi Rotor Nc Percobaan (rp) : : :300 pengujian 1,4,7 pengujian 2,5,8 pengujian 3,6,9 Posisi Rotor () Kelopok V 42

15 Grafik Perbandingan Nc Teoritis dengan Posisi Rotor Nc Teoritis (rp) Pengujian 1,4,7 Pengujian 2,5,8 Pengujian 3,6, : : :300 Posisi Rotor () 4.5. Analisa dan Pebahasan Pada percobaan yang telah dilakukan dapat dilihat fenoena-fenoena yang terjadi dengan berputarnya poros pada kecepatan tertentu. Pada kecepatan ula-ula poros berputar dengan stabil dan engeluarkan getaran dan suara yang kecil. Keudian kecepatan terus ditingkatkan secara perlahan dari 10 rp, 20 rp, 100 rp hingga 900 rp sehingga poros berputar seakin kencang, setelah encapai pada kecepatan tertentu yaitu pada kecepatan 1000 rp ke atas aka poros enunjukan fenoena-fenoena yang terjadi dengan berputarnya poros, poros berputar secara tak stabil dan enunjukan getaran yang hebat dan suara yang kencang aka dapat disipulkan bahwagetaran ini adalah getaran kritis. Adapun data-data atau nilai-nilai pada peralatan percobaan adalah : Diaeter poros 12 E stanless steel N/ 2 2,5 kg beban 2,5 kg adalah eban poros yang ditabah denagn beban rotor. Panjang poros adalah 1 dengan rotor yang bisa dipindah-pindahkan posisinya. Putaran kritis pada poros tidak hanya dipengaruhi oleh kecepatan putarnya saja, tetapi juga dipengaruhi oleh posisi rotor pada batang poros, ini dikarenakan rotor eiliki beban yang epengaruhi batang poros : putaran kritis : N c 2π k - nilai kekakuan dari k Kelopok V 43

16 F - k δ - δ defleksi Dari ruus diatas dapat diketahui bahwa posisi rotor epengaruhi kekakuan poros yaitu posisi rotor dapat epengaruhi defleksi poros. Jadi untuk posisi rotor yang berbeda eiliki nilai defleksi yang berbeda pula. Pada percobaan ini diabil tiga posisi rotor yaitu : rotor a b Dan dicoba tiga kali 1 percobaan untuk satu posisi. Pada percobaan kai didapat kecepatan untuk putaran kritis aksiu adalah pada kecepatan 1366 rp pada a300 dan b700. dan untuk putaran kritis iniu adalah pada kecepatan 1010 rp pada a500 dan b500. pada putaran kritis teoritis kai endapatkan : - Untuk a 500 b 500 δ 2,27 N c teoritis 586,621 - Untuk a 300 b 700 δ 1,8365 N c teoritis 698,35 - Untuk a 700 b 300 δ 1,8365 N c teoritis 586,621 Pada putaran kritis teoritis kai dapatkan bahwa nilai kecepatan kritis yang terbesar adalah pada a 300, b 700 dan a 700, b 300. Jadi nilai kecepatan teoritis seakin besar bila posisi rotor seakin jauh dari posisi tengahnya, ini disebabkan karena bila posisi rotor tak ditengah aka defleksi akan seakin besar dan putaran seakin tak ibang. Untuk lebih jelasnya, dari hasil perhitungan kai endapatkan beberapa perbandingan grafik diantaranya : a. Grafik posisi rotor dan defleksi Kelopok V 44

17 Pada grafik ynag ditunjukan, kita dapat engabil analisa bahwa seakin jauh posisi rotor dari tupuan aka defleksi yang dihasilkan akan seakin besar. Hubungan defleksi dengan posisi rotor berbanding lurus, deikian juga posisi rotor denagn putaran kritis. Diana N c aksiu sebesar 698,35 rp dan N c iniu sebesar 586,621 rp. Sedangkan defleksi yang terbesar adalah 1,8365 dan defleksi yang paling iniu sebesar 2,27. b. Grafik posisi rotor dan putaran kritis percobaan Putaran kritis terbesar terletak pada posisi rotor terdekat pada otor. Putaran kritis aksiu terjadi pada a 300, b 700 denagn N c 1366 rp. Ini dikarenakan dari segi kekakuan, kekakuan eningkat pada posisi pebebanan yang endekati tupuan otor. c. Grafik posisi rotor dan putaran kritis teoritis Pada grafik putaran kritis yang terbesar berada pada posisirotor terjauh dari tupuan. Hal ini disebabkan karena pada posisi terjauh dari otor oen puntir dari batang akan seakin kecil, ini yang eungkinkan putaran kritis seakin laa seakin besar. Grafik yang ditunjukan berbanding lurus, seakin besar putaran kritis, aka posisi rotor juga seakin besar. Kelopok V 45

18 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesipulan - Frekuensi pribadi pada pebebanan yang jauh dari frekuensi pribadi pada pebebanan pada tengah-tengah batang - Putaran kritis aksiu terjadi pada saat rotor berada pada posisi terjauh dari rotor - Defleksi aksiu terjadi pada saat rotor berada pada posisi terjauh dari otor dan tupuan - Kekakuan aksiu terjadi pada saat pebebanan terletak di dekat otor 5.2. Saran - Perhatikan otor apabila sudah sapai pada putaran kritis, jangan terlalu laa perputaran tersebut terjadi karena akan enyebabkan alat jadi rusak - Aati hasil yang ditunjukan oleh alat ukur dengan teliti sehingga hasil yang diperoleh akurat Kelopok V 46

19 DAFTAR PUSTAKA Tea Asisten LKM Panduan Praktiku Fenoena Dasar Mesin Bid. Konstruksi Mesin dan Perancangan. Jurusan Mesin FT-UA : Padang Willia T. Thosun Thori of Vibration with Application Practice. Hall int : London Kelopok V 47

20 TUGAS 1. W Wp 2π n n c 2. Frekuensi Pribadi 2π k k Frekuensi yang diiliki oleh suatu siste atau benda diana benda tersebut epunyai kekakuan dan assa baik pada waktu dia ataupun bergerak. K δ F F *g δ defleksi W W otor Wp Frekuensi Pribadi 0 sudut kecepatan pada otor k kekakuan assa g F frekuensi pribadi Wn k Kelopok V 48

21 Kelopok V 49