BAB II LANDASAN TEORI 2.1. V Piston Engine 2.1.1 Definisi Reciprocating Engine Reciprocating Engine (Mesin Bakar Torak) adalah motor bakar yang memanfaatkan putaran torak dari tekanan menjadi gerak melingkar (http://id.wikipedia.org/wiki/Motor_bakar _torak). Mesin bakar torak terbagi dalam beberapa tipe yaitu mesin pembakaran dalam, mesin uap, mesin Stirling dan sistem dari torak menjadi konsep yang banyak di aplikasikan tidak hanya menghasilkan momen putar, tetapi bisa juga dimanfaatkan untuk yang lainnya, misalnya menghisap dan mendorong untuk mengaliri tekanan. Berikut adalah gambar dari Reciprocating engine serta beberapa tipe – tipenya:
Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/ Reciprocating_motion
Gambar 2.1 Mesin Piston Uap
6
Sumber : http://en.wikipedia. org/wiki/Stirling_engine
Gambar 2.2 Mesin Alpha Stirling
7
Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Radial_engin e
Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine
Gambar 2.5 Mesin Wankel
Gambar 2.3 Mesin Radial
Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Stelzer_engine
Gambar 2.6 Mesin Stelzer Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Napier_Deltic
Gambar 2.4 Mesin Deltic
Sumber: http://qtussama.files.wordpress.com/20 12/01/kerja-piston.png
Gambar 2.7 Mesin Pembakaran Dalam Otto 4 langkah
8
2.1.2 Komponen Utama Reciprocating Engine Sebelumnya telah dijelaskan sistem kerja dari motor bakar torak. Pada setiap tipe dari motor bakar torak terdapat beberapa komponen yang berbeda, itu karena dari setiap komponen mempunyai fungsinya masingmasing. Tetapi pada dasarnya motor bakar torak mempunyai komponen utama yaitu piston dan silinder. Pada alat v piston magnetik, kita menggunakan konsep dari motor bakar dengan memanfaatkan putaran piston untuk menghasilkan putaran pada poros, berikut adalah komponenkomponen yang umum digunakan pada motor bakar torak dari pembakaran dalam:
Sumber: http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Bahan%20Ajar%20Motor%20dan%20Tenaga%2 0Pertanian/konstruksi%20mb%20torak-3.htm#Komponen utama motor bakar internal
Gambar 2.8 Komponen Mesin Pembakaran Dalam Sumber: http://ki-tapunya.blogspot.com/2013/09/fungsi-komponen-utama-mesin-engine.html
1. Spark plug (Busi)
: Untuk meloncatkan bunga api tegangan tinggi
9
kedalam silinder, yang akan digunakan untuk membakar campuran udara dan bahan bakar. 2. Adjusting shim
: Penyetel celah dengan metode shim.
3. Valve lifter
: Sebagai pengangkat katup.
4. Exaust valve
: Untuk membuka dan menutup saluran buang atau exhaust manifold.
5. Valve guide
: Untuk penghantar gerakan katup.
6. Gasket
: Sebagai perapat yang biasanya digunakan untuk mencegah adanya kebocoran.
7. Water jacket
: Untuk saluran air pendingin didalam mesin.
8. Cylinder block
: Untuk tempat silinder yang berfungsi sebagai tempat bergeraknya piston.
9. Piston (torak)
: Untuk menerima tekanan pembakaran dan meneruskan tekanan untuk memutar poros engkol melalui connecting rod.
10. Batang piston
: Berfungsi untuk meneruskan tenaga/gerak dari piston ke poros engkol.
11. Small end
: Untuk menempatkan pena piston.
12. Big end
: Untuk pemegang pin journal pada poros engkol.
13. Conecting rod bearings
: Sebagai bantalan.
14. Oil hole
: Untuk menyalurkan oli pendingin menuju piston.
15. Conecting rod cap
: Sebagai penahan connecting rod dengan pin.
16. Ruang Bakar
: Untuk tempat pembakaran campuran udara dan bahan bakar.
10
17. Valve seat/skep
: Sebagai tempat dudukan kepala katup.
18. Oil seal
: Sebagai perapat oli agar tidak masuk ke ruang bakar.
19. Intake valve
: Untuk membuka dan menutup saluran pemasukan bahan bakar dan udara.
20. Valve keepers
: Sebagai pengunci antara katup dengan pegas.
21. To exhaust manifold
: Disambung dengan manifold buang.
22. To intake manifold
: Disambung dengan manifold masuk
23. Poros engkol
: Sebagai pengubah gerak bolak-balik piston menjadi gerak putaran yang diteruskan putaran ke system kopling sistem transmisi, putaran diteruskan ke garden/ propeller dan ke roda.
24. Bak oli (carter)
: Untuk menampung oli ketika mesin berhenti.
25. Crank pin
: Untuk tempat tumpuan big end batang piston.
26. Crank journal
: Sebagai titik tumpu pada blok motor.
27. Counter balance weight : Sebagai bobot penyeimbang putaran. 28. Fly wheel / roda gila
: Sebagai peringan putaran pada poros engkol dan sebagai starter mesin.
29. Poros nok (Cam shaft)
: Berfungsi untuk membuka dan menutup katup sesuai timing (saat) yang ditentukan, menggerakkan pompa bensin dan sebagai gigi penggerak distributor.
30. Journal
: Sebagai titik tumpu putaran poros.
31. Cam shaft drive gear
: Sebagai gigi pemutar.
11
32. Cam shaft driven gear
: Sebagai gigi yang diputarkan.
33. Intake cam shaft
: Penggerak mekanik katup masuk.
34. Exhaust cam shaft
: Penggerak mekanik katup buang.
35. Cam shaft timing pulley : Untuk menepatkan posisi katup dengan piston. 36. Cut-out groove
: Untuk menggerakkan didtributor
37. Karburator
: Sebagai pencampur udara dengan bensin, dan Menyediakan campuran udara dan bahan bakar secara tepat.
38. Nozzle (injector)
: Untuk menyemprotkan bahan bakar ke ruang bakar (mesin diesel).
39. Water cendimeter
: Untuk mengendapkan air yang ada pada bahan bakar mesin diesel.
40. Timing gear, belt, chain : Untuk penghubung putaran poros engkol dengan poros nok, sekaligus menepatkan posisi katup ] dengan piston. 41. Bak engkol
: Sebagai tempat penampung oli mesin.
42. Radiator
: Menampung air pendingin untuk didinginkan oleh kipas.
43. Selang bawah radiator
: Untuk mengalirkan air ke engine.
44. Selang atas radiator
: Untuk mengalirkan air panas dari engine.
45. Thermostaat
: Sebagai pengontrol suhu kerja engine.
46. Pompa air/Water pump
: Untuk mensirkulasikan air.
47. Tali kipas/Fan bel t
: Untuk menggerakkan kipas pendingin.
48. Tangki (Fuel tank)
: Sebagai penampung bahan bakar.
12
49. Pompa (Fuel pump)
: Menyuplai bahan bakar dari tangki ke karburator
50. Baterai
: Sebagai penyimpan arus listrik.
51. Kontak (Switch)
: Untuk memutus dan menghubungkan.
52. Koil
: Merubah arus masuk primer menjadi arus keluar sekunder bertegangan tinggi
53. Distributor
: Mendistribusikan/membagi arus tegangan tinggi ke setiap Busi.
54. Pena torak (piston pin)
: Berfungsi untuk menghubungkan torak dengan bagian ujung yang kecil small end pada batang torak.
55. Pompa oli
: Menghisap oli dari bak oli dan kemudian menekan dan menyalurkan ke bagian bagian mesin yang bergerak.
56. Filter oli
: Berfungsi menyaring oli mesin dari kotoran, logam-logam, carbon, endapan lumpur dan lain lain. Komponen diatas adalah komponen yang komplex dan rumit,
pada alat kita yaitu v piston magnetik hanya memerlukan komponen yang mendasar untuk menunjang kinerja alat tersebut karena kita tidak memakai pembakaran dalam, jadi lebih sederhana dalam hal konsepnya. 2.1.3 Prinsip Kerja Mesin Bakar Torak Prinsip kerja dari motor bakar torak sangatlah sederhana bila dilihat dari arti penamaan namanya yaitu motor bakar torak yang dalam
13
bahasa inggris mempunyai arti saling berbalas-balasan. Dimana cara kerjanya memerlukan 2 titik, (Titik Mati Atas) menuju bagian bawah ( Titik Mati Bawah) seolah – olah berkelanjutan dan saling berbalasbalasan. Dan biasanya prinsip yang mendasar pada sistem ini adalah langkah hisap, kompresi, usaha, dan buang. Didalam kehidupan sehari-hari mesin ini dikenal dengan 2 jenis yaitu motor bensin dan motor diesel, pada prisip langkah-langkah keduanya sama tetapi hal yang membedakan adalah pada saat langkah hisap dan kompresinya. Berikut adalah penjelasan singkat mengenai kedua jenis itu. 1. Motor Bensin – Siklus Otto Motor bensin ini kemudian dibagi menjadi 2 tipe yaitu motor 2 langkah dan motor 4 langkah. Pada motor 2 langkah terdapat perbedaan yang mendasar pada penggabungan pada saat langkah usaha dan buang. Berikut adalah penjelasan mengenai motor 2 langkah dan 4 langkah: a. Motor Bensin 4 Langkah
-
Langkah Hisap Pada langkah hisap, udara dan bahan bakar di hisap kedalam silinder yang kemudian menyebabkan piston turun dari TMA ke TMB selama langkah hisap ini katup pada hisap akan terbuka dan pada buang akan menutup.
14
-
Langkah Kompresi Dalam langkah kompresi ini mngakibatkan piston dari TMB naik ke TMA guna untuk memampatkan campuran udara dan bahan bakar yang sebelumnya dicampur dalam silinder. Pada saat piston mencapai TMA, piston sudah melakukan 2 langkah putaran piston dan 1 lngkah putaran poros engkol. Katup hisap dan buang yang berada di atas silinder akan tertutup.
-
Langkah Usaha Dalam langkah usaha ini campuran udara dan bahan bakar ini akan menghasilkan ledakan yaitu percikan bunga api pada busi yang membuat piston terdorong turun menuju TMB. Pada saat langkah ini kedua katup tertutup.
-
Langkah Buang Dalam langkah ini posisi piston berada di TMB dan naik kembali ke posisi TMA untuk membuang gas dan sisa pembakaran keluar, sehingga katup buang akan terbuka dan katup hisap akan tertutup. Setelah langkah ini posisi piston akan mengulang kembali langkah dari hisap ke buang kembali. Dengan begitu tahapan langkah ini yang terus-menerus dilakukan secara berulang-ulang.
15
Sumber: http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRg84062GhoO8RB8cIu5K5b-LzdLaDGK5KB9wFwqYfcmtM_Bux
Gambar 2.9 Langkah Kerja Motor Bensin 4 Langkah b. Motor Bensin 2 Langkah Pada tipe motor 2 langkah terdapat perbedaan yang signifikan, dari penggabungan langkah dan system kerjanya tidak sama dengan 4 langkah. Berikut pengertian cara kerja motor bensin 2 langkah: -
Langkah Hisap dan Kompresi
Pada langkah ini terdapat 2 langkah yang berbeda tetapi bekerja secara bersamaan. Kompresi yang terjadi pada ruang silinder dan langkah hisap yang terjadi pada ruang engkol. Berikut adalah gambaran yang terjadi pada langkah:
Torak bergerak dari TMB (Titik Mati Bawah) ke TMA (Titik Mati Atas). Pada saat saluran pembiasan tertutup mulai dilakukan langkah kompresi pada
16
ruang silinder. Pada saat saluran hisap membuka maka campuran udara dan bensin akan masuk kedalam ruang engkol. Sumber: http://fitrilebeks.wordpress.com/2009/06/03/prinsip-kerja-motor-bensin-2-tak/
Gambar 2.10 Langkah Hisap dan Kompresi
-
Langkah Usaha dan Buang
Langkah ini terdiri dari 2 langkah yang bekerja tidak bersamaan yaitu langkah usaha kemudian. Yang terjadi dalam langkah ini adalah :
Sebelum (Titik
piston Mati
memercikan
mencapai
Atas), bunga
busi api
TMA akan listrik
sehingga campuran udara dan bahan bakar
akan
terbakar
dan
menyebabkan daya dorong terhadap piston, sehingga piston akan bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Sumber: http://fitrilebeks.wordpress.com/2009/06/03/prinsip-kerja-motor-bensin-2-tak/
Gambar 2.11 Langkah Usaha
17
Sesaat setelah saluran hisap tertutup dan saluran bilas serta saluran buang membuka maka campuran udara dan bahan bakar yamg berada diruang engkol akan mendorong gas sisa hasil pembakaran melalui saluran bilas.
Sumber: http://fitrilebeks.wordpress.com/2009/06/03/prinsip-kerja-motor-bensin-2-tak/
Gambar 2.12 Langkah Buang Berdasarkan penjelasan tersebut maka dapat disimpulkan dengan menggunakan Tabel sebagai berikut:
Tabel 2.1 Perbedaan Motor Bakar 2 dan 4 Langkah
No. 1
Perbedaan Proses
Motor Bakar 4 langkah
terjadinya Dibutuhkan 4 langkah piston Dibutuhkan 2 langkah piston atau
usaha/tenaga 2
Motor Bakar 2 langkah
Langkah
atau 2 putaran poros engkol yang Masing
–
dibutuhkan pada masing membutuhkan
1 putaran poros engkol
masing Hisap dengan kompresi pada satu 1
langkah langkah dan usaha dengan buang
– masing proses
piston penuh
pada langkah satu langkah lainnya
3
Hasil Pembakaran
Sempurna dan hemat
Kurang sempurna
4
Tenaga ( Untuk Ukuran Lebih rendah dari motor 2 Lebih tinggi dari motor 4 langkah dan Putaran yang Sama)
5
Suhu Silinder
Piston
langkah
dan Lebih rendah dari motor 2 Lebih langkah
tinggi
dari
langkah
Sumber: http://ocw.usu.ac.id/course/download/313-MESINPERALATAN/tep.202_handout_motor_bakar_torak.pdf
motor
4
18
2. Motor Diesel Motor diesel termasuk mesin pembakaran dalam yang memiliki sedikit perbedaan dengan motor bensin. Motor diesel bekerja dengan menginjeksikan bahan bakar ke dalam ruang bakar, sehingga terjadi ledakan yang menghasilkan percikan bunga api. Berikut beberapa langkah dari motor diesel:
a.
Langkah Hisap (intake)
Pada langkah ini sama dengan motor bensin, namun yang membedakan adalah udara tidak dihisap bersamaan dengan bahan bakar. Bahan bakar di injeksikan pada saat di ruang bakar. b.
Langkah Kompresi (compression)
Pada langkah ini katup buang dan hisap tertutup sehingga udara yang dihisap dimampatkan, kemudian baru bahan bakar di semprotkan melalui injector sehingga terjadi pembakaran yang menghasilkan percikan bunga api pada busi. c.
Langkah Usaha (Work)
Pada langkah ini katup buang dan hisap tertutup karena sesaat setelah terjadi percikan bunga api, piston terdorong dari TMA ke TMB untuk melakukan langkah usaha. d.
Langkah Buang (Exhaust)
Pada langkah ini katup buang terbuka dimana gunanya untuk membuang gas atau sisa pembakaran menuju exhaust manifold.
19
2.1.4
Konfigurasi Mesin Pembakaran Dalam Mesin pembakaran dalam mempunyai beberapa konfigurasi pada system kerjanya. Dimana konfigurasi itu dihasilkan dari sebuah penelitian dan perancangan yang mempunyai kinerja yang sangat bagus dengan melihat desain perhitungan langkah yang efisien, sehingga di setiap konfigurasi yang sudah digunakan umumnya memunyai kelebihan dan kekurang masing-masing. Berikut adalah beberapa konfigurasi yang biasa kita temukan dalam kehidupan sehari-hari: 1. Konfigurasi Inline Konfigurasi inlet adalah dengan poros engkol yang sejajar yang mempuyai jarak dari silinder 1 ke yang lain bertahap. Dalam perkembangannya konfigurasi inline mencapai jumlah silinder sebanyak 14 silinder yaitu yang dibangun pada sebuah mesin diesel terbesar di dunia yang diberi nama Wartsila-Sulzer RTA96-C. Berikut adalah layout dari konfigurasi inline:
Sumber: http://2.bp.blogspot.com/-V8NRrt6WXj4/T4LnJ2ZKTI/AAAAAAAAADg/K19gS3L0c0Q/s1600/engine+part.jpg
Gambar 2.13 Konfigurasi Inline/segaris
20
Keuntungan Konfigurasi Sejajar: - Mudah dipasang dan di service. - Lebih sederhana baik dalam pendesainan maupun pembuatan. - Membutuhkan Camshaft dan kepala silinder yang lebih sedikit. - Volumenya jauh lebih kecil daripada desain. - Dapat diletakan disembarang arah. - Lebih mudah dipahami oleh mekanik pada umumnya. Kerugian Konfigurasi Sejajar: - Pada jumlah silinder yang cukup banyak akan membuat dimensinya menjadi tinggi dan membutuhkan ruang yang cukup besar. - Tenaga yang dihasilkan tidak sebesar yang lainnya. - Membutuhkan putaran mesin yang relative tinggi untuk mencapai tenaga optimal. - Semakin banyak silinder maka akan semakin sulit mencapai keseimbangan kerja dari masing – masing piston.
2.
Konfigurasi Flat Pada tipe konfigurasi flat penempatan piston dan silindernya mendatar/horizontal dan arahnya berlawanan, dengan poros engkol yang sejajar menggabungkan tipe piston yang mendatar dan berlawanan. Berikut adalah gskema dari konfigurasi flat.
21
Sumber: http://3.bp.blogspot.com/S22TVoZUKI/Uix9ae3uQTI/AAAAAAAAALY/UgqfhPCtdXs/s1600/tn_CS08Sub aru+For ster+Engine.jpg
Gambar 2.14 Konfigurasi Flat
Keuntungan Kongurasi Flat: - Memiliki titik berat yang rendah karena tidak melawan gravitasi. - Stabilitas dan pengendalian yang baik. - Kesetimbangan yang jauh lebih baik karena momentum piston yang berlawanan. - Tenaga relative rendah. Kerugian Konfigurasi Flat: - Harga perawatan yang mahal. - Berisik dan getaran yang tinggi.
3.
Konfigurasi V Konfigurasi jenis ini paling umum digunakan disusun dalam bentuk V yang mempunyai sudut kemiringan 60° atau 90°. Dengan poros engkol 1 sebagai penopang bentuk V ini. Rata-rata dengan V
22
tipe engine pengurangan panjang mencapai 30% dan massa 20-25%. Jika diinginkan adanya pegurangan tinggi mesin, solusinya yaitu dengan mendesain V-type dengan langkah pendek.
Sumber: https://lh3.googleusercontent.com/XFzv9d4dhBJxjUJRgQ0TSUeeSBZXTghK96FNoMhxWvlfKqXVTq3nmlr7y1sFFTCf0C3ZJfigFWGLSluAd e0q5rwebHwIHqGUVoX1Xw9x8twfH-wAys9f1fzGQ
Gambar 2.15 Konfigurasi V Keuntungan Konfigurasi V: - Bobotnya dan ruang yang dibutuhkan dapat diminimalisir. - Pergerakan piston jauh lebih kompak. - Tenaga yang dihasilkan sangat tinggi. - Nilai gravitasi yang mempengaruhi lebih rendah. - Lebih seimbang dan halus. - Mampu menghasilkan tenaga yang cukup tinggi pada putaran mesin yang rendah. Kerugian Konfigurasi V: - Perawatan yang relatif sulit, mahal, dan memerlukan keahlian.
23
- Pendesainan dan pembuatan yang jauh lebih rumit. - Jauh lebih boros (namun pada beberapa sistem permesinan mampu membuatnya jauh lebih irit).
4.
Konfigurasi W Konfigurasi ini merupakan pengembangan pada konfigurasi V dimana terdapat perbedaan pada bagian tengan, sehingga terlihat sebagai huru W maka disebut konfigurasi. Desain yang sangat rumit ini dan mempunyai komponen yang sangat banyak, jarang digunakan untuk umum karena rumitnya sistem ini dan komponen ini.
Sumber: http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQTPEGC_JHPjNzMrEycnaELtnwJL5KPDqBwYqbaSwNC9aTbk5ZnA
Gambar 2.16 Konfigurasi W pada mesin Napier Lion VII
Keuntungan Konfigurasi W: -
Kestabilan jauh lebih tinggi daripada lainnya.
-
Lebih seimbang dan sangat halus pergerakan piston dibanding yang lain.
-
Tenaga dan torsi sangat besar.
24
Kerugian Konfigurasi W: -
Kerumitan dalam hal desain, konstruksi dan perawatan.
-
Membutuhkan tenaga yang benar – benar ahli konfigurasi W dalam perawatan.
-
Biaya yang mahal.
5. Konfigurasi X Konfigurasi ini merupakan pengembangan dari konfigurasi V juga, namun peletakkan V horizontal dan berlawanan sehingga terlihat seperti huruf X. Jarang sekali kita temukan konfigurasi ini karena bobot yang sangat berat dan sistem mesin yang complex membuat mesin ini jarang digunakan. Konfigurasi X sering digunakan pada pesawat tempur pada perang dunia II.
Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/X_Engine Gambar 2.17 Konfigurasi X pada mesin Roll Royce Exe
2.1.5
Perhitungan Dasar Piston Mesin Pembakaran Dalam Mengenai piston terdapat perhitungan yang mendasar untuk menghitung langkah-langkahnya dengan beberapa rumus yang sering digunakan adalah sebagai berikut:
25
A. Menghitung Kapasitas Mesin Kapasitas mesin merupakan volume langkah piston atau sering disebut stroke. Volume langkah piston/stroke yaitu luas lingkaran silinder dikalikan dengan panjang langkah piston (jarak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB) ) Berikut adalah persamaan dari kapasitas mesin piston:
Dimana : π= D = Diameter Dalam Silinder (mm). S = Panjang Langkah Piston (mm) Volume Langkah dalam Satuan CC (Centimeter Cubic)
B. Kecepatan Piston Sewaktu mesin berputar, kecepatan Piston di TMA dan TMB adalah nol dan pada bagian tengah lebih cepat, oleh karenanya kecepatan piston diambil rata – rata. Dengan rumus sebagai berikut :
26
V = Kecepatan Piston rata-rata L = Langkah (m). N = Putaran mesin (rpm).
Dari TMB, piston akan bergerak kembali keatas karena putaran poros engkol, dengan demikian pada 2x gerakan piston, akan menghasilkan 1 putaran poros engkol, jika poros engkol membuat N putaran, maka piston bergerak 2LN. Karena dinyatakan dalam detik maka dibagi 60.
C. Torsi Torsi sering disebut juga sebagai momen dimana merupakan hasil dari gaya dengan jarak gaya dari titik pusat. Mesin torak digerakan oleh torsi dari crankshaft. Makin banyak jumlah gigi pada roda gigi, makin besar torsi yang terjadi sedangkan kecepatan putar akan direduksi menjadi separuhnya. Torsi yang dihasilkan dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut
τ = Torsi (N-m) F = Gaya yang bekerja secara linier (N) R = Jarak dari titik pusat momen ke gaya/jari – jari (m)
27
Sumber: smakita.net/pengertian-momen-gaya-torsi
Gambar 2.18 Torsi
Pada V Piston Magnetik tidak terdapat kapasitas mesin karena tidak adanya silinder sehingga kapasitas mesin yang ada adalah panjang langkah piston yang ditentukan berdasarkan kekuatan tarik magnet dan panjang busur antar magnet. Kecepatan piston dihitung berdasarkan hasil perkalian jarak langkah dengan kecepatan putar poros engkol dibagi dengan waktu. Sedangkan torsi yang dihasilkan pada poros utama adalah perbandingan rasio torsi 2 buah roda gigi pada poros engkol dengan roda gigi pada poros utama
2.2. Konsep Garis – Garis Gaya Medan Magnet 2.2.1
Definisi Magnet Magnet adalah batuan alami
mampu menarik besi yang ada
disekitarnya dan batuan tersebut terdapat pada daerah magnesia yang merupakan wilayah dari Negara Yunani. Sekarang ini magnet alam sangat
28
sulit untuk ditemui karena jumlahnya yang terbatas sehingga dibuatlah magnet buatan. Magnet buatan biasanya dibuat dari beberapa logam yang saling bergesekan dan di aliri dengan listrik sehingga terbentuklah magnet buatan yang sering kita gunakan pada umumnya, namun magnet buatan ini bersifat sementara kemagnetannya dibandingkan magnet alami. Berikut adalah ciri – ciri atau sifat dari magnet: Magnet mempunyai 2 buah kutub yaitu kutub utara dan selatan. Memiliki gaya tarik – menarik pada kutub yang berlawanan dan gaya tolak – menolak pada kutub yang sejenis. Walau dipotong, magnet akan tetap memiliki 2 kutub pada setiap ujung potongannya. Magnet dapat menarik benda logam yang mengandung unsur ferrous. Gaya – gaya medan magnet tidak hanya pada kutubnya tetapi pada daerah sekitarnya. Sifat kemagnetan dapat dibuat pada logam lainnya dengan 3 cara menggosok – gosok, induksi dan mengaliri listrik. Menghilangkan sifat kemagnetan dengan 3 cara yaitu dibakar, dipukul dan meletakan pada selenoida serta dialiri arus AC. Partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet homogen akan mendapatkan gaya
29
2.2.2
Jenis magnet Berdasarkan jenisnya, magnet terbagi menjadi 2 yaitu magnet alam dan magnet buatan. Magnet buatan terdiri dari magnet permanen dan magnet non permanent dimana yang membedakannya adalah jangka waktu dari sifat magnet tersebut. Berikut adalah pembagian dari jenis – jenis magnet menggunakan diagram:
Magnet Magnet Alam Bumi
Batuan Gunung Ida Magnet Alcoma x
Magnet Buatan Magnet Mekah Magnet Alnico
Magnet Permanen Magnet Ticonal
Magnet Kerami k
magnet Sementara Magnet Neodiyu m
Stalloy
mumeta l
Diagram 2.1 Jenis Magnet Magnet permanen yang menggunakan material awal yang sulit dijadikan magnet akan lebih sulit dibentuk sehingga sifat kemagnetannya juga bertahan lama. Berbeda jika dibuat dari material yang mudah digunakan hanya bersifat tidak tahan lama sifat kemagnetannya.
2.2.3 Penentuan Garis – garis Gaya Medan Magnet Magnet mempunyai 2 kutub yang berbeda, jika terdapat 2 magnet yang apabila kita dekatkan dengan kutub selatan dan utara maka magnet itu akan saling tarik-menarik dan sebaliknya jika kita dekatkan dengan kutub yang sama maka yang terjadi akan saling tolak-menolak. Berikut
30
adalah skema magnet dengan sifat saling tarik-menarik dan tolakmenolak:
Sumber: http://3.bp.blogspot.com/ZNxCn0kQGpU/TwfN34kc6kI/AAAAAAAAAAo/lriXkFo6h8k/s1600/elektrom agnet-5.jpg
Gambar 2.19 Gaya Tolak – Menolak
Sumber: http://3.bp.blogspot.com/ZxuzNGIz094/TwfOOdXOPCI/AAAAAAAAAAw/HMxosYj8zmQ/s1600/elektr omagnet-4.jpg
Gambar 2.20 Gaya Tarik – Menarik Pada kutub magnet bukan hanya setiap titik ujungnya saja yang memiliki sifat itu, tetapi disepanjang sisi magnet itu mempunya kutub juga. Berikut adalah gambaran pada sepanjang sisi magnet itu sendiri.
Sumber: http://4.bp.blogspot.com/-ev1K312GwCY/T4ZYjLHFKI/AAAAAAAAAoc/MBK46E9d-qw/s1600/mg7.jpg
Gambar 2.21 Diagram garis gaya magnet
31
Sumber: http://2.bp.blogspot.com/4uEV_6SZjzQ/T4ZywAcLi3I/AAAAAAAAAoM/hdGE9EatD1M/s1600/mg6+copy.jpg
Gambar 2.22 Garis medan magnet Utara-Selatan. Seperti halnya garis gaya listrik yang menggambarkan medan listrik, garis gaya magnet dapat menggambarkan medan magnet. Namun tidak seperti garis gaya listrik yang dapat berawal dan berakhir pada satu muatan listrik, garis gaya magnet tidak ada awal dan akhirnya. Garis gaya magnet membentuk lintasan tertutup dari kutub utara ke kutub selatan. Jadi, medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang masih bekerja gaya magnet, digambarkan oleh garis gaya magnet yang menyebar dari kutub-kutub magnet. (Sudibyo, Elok, dkk. 2008: 204-206)
2.3. Penggabungan Konsep Konfigurasi V Piston Engine Dan Garis Gaya Medan Magnet Berdasarkan penjabaran yang telah penulis jelaskan diatas dari system konfigurasi piston dan sifat kemagnetan. Maka penulis mempunyai sebuah rancangan suatu alat dengan menggabungkan kedua konsep tersebut sehingga muncul sebuah gagasan yang kita beri nama Pembangkit Listrik Tenaga Magnet Permanen dengan konsep V piston Magnetik.
32
Penggabungan konsep itu dilakukan dengan bagian 3 bahasan yang mencakup sebagai berikut:
Diagram 2.2 Alur pembuatan V Piston Magnetik
Penulis hanya akan membahas cakupan mengenai Perancangan Proses Pengerjaan Komponen Prototype V Piston Magnetik tersebut dan pada bab ini akan dilanjutkan dengan teori – teori mengenai proses perancangan dan material yang digunakan. 2.4. Teori Dasar Proses Manufaktur V Piston Magnetik Pada awal perancangan, penulis akan membahas cakupan tentang jenis material yang akan digunakan, dan proses pengerjaaan yang efisien.
2.4.1. Kriteria Material Pemilihan bahan yang tepat adalah bagian yang sangat penting dalam desain teknik (engineering design). Ada banyak faktor yang harus diperhatikan sebelum melakukan kegiatan perancangan, di antaranya:
33
kekuatan (strength), kekakuan (stiffness), ketahanan (durability), ketahanan terhadap korosi (corrosion resistance), harga (cost), kemampuan bentuk (formability), dan lain-lain.
2.4.2.Jenis Proses Pengerjaan Pada dasarnya proses manufaktur pembuatan benda kerja dapat dikelompokkan menjadi : 1.
Proses pengecoran Proses Pengecoran (casting) adalah salah satu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan dalam tungku peleburan kemudian di tuangkan kedalam rongga cetakan yang serupa dengan bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat. Ada 4 faktor yang berpengaruh atau merupakan ciri dari proses pengecoran, yaitu :
a. Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak. b. Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan. c. Pengaruh material cetakan. d. Pembekuan logam dari kondisi cair.
34
2.
Proses pembentukan Proses pembentukan merupakan salah satu proses manufaktur untuk dihasilkannya produk dengan cara memberikan deformasi plastis pada material kerja tanpa dihasilkannya geram. a. Pembentukan berdasarkan temperatur pengerjaan.
Pengerjaan panas ( Hot Working ).
Pegerjaan dingin ( Cold Working ).
b. Pembentukan berdasarkan gaya pembebanan.
Pembentukan dengan tekanan.
Pembentukan dengan tekanan dan tarikan.
Pembentukan dengan tekukan.
Pembentukan dengan tarikan.
Pembentukan dengan geseran.
c. Pembentukan berdasarkan bentuk benda kerja.
Pembentukan benda kerja masif atau pejal.
Pembentukan benda kerja plat.
d. Pembentukan berdasarkan tahapan dalam menghasilkan produk.
3.
Proses pembentukan primer.
Proses pembentukan sekunder.
Proses pemotongan Proses Pemotongan merupakan pemindahan material dari sampel yang besar menjadi spesimen dengan ukuran yang kecil. Pemotongan
35
yang salah akan mengakibatkan struktur mikro yang tidak sebenarnya karena telah mengalami perubahan. Kerusakan pada material pada saaat proses pemotongan tergantung pada material yang dipotong, alat yang digunakan untuk memotong, kecepatan potong dan kecepatan makan. Pada beberapa spesimen, kerusakan yang ditimbulkan tidak terlalu banyak dan dapat dibuang pada saat pengamplasan dan pemolesan. Proses pemotongan dikelompokkan menjadi tujuh macam proses yang berlainan, yaitu : Proses membubut (turning). Proses menggurdi (drilling). Proses mengefreis (milling). Proses menggerinda rata (surface grinding). Proses menggerinda silindris (cylindrical grinding). Proses menyekrap (shaping, planing). Proses menggergaji atau memarut (sawing, broaching).
4.
Proses penyambungan Penyambungan
adalah
suatu
proses
yang
dilakukan
untuk menyambung 2 (dua) bagian logam/benda kerja atau lebih. Penyambungan bagian–bagian ini dapat dilakukan dengan berbagai macam metode sesuai dengan kondisi dan bahan yang digunakan. Setiap metode
penyambungan
keuntungan tersendiri
dari
yang
metode
digunakan lainnya,
mempunyai
sebab
metode
penyambungan yang digunakan pada suatu konstruksi sambungan
36
harus disesuaikan dengan kondisi yang ada, hal ini mengingat efisiensi sambungan. Pemilihan metode penyambungan yang tepat dalam suatu konstruksi sambungan harus dipertimbangkan efisiensi sambungannya, dengan mempertimbangkan beberapa faktor diantaranya adalah faktor proses pengerjaan
sambungan,
kekuatan
sambungan,
kerapatan
sambungan, penggunaan konstruksi sambungan dan faktor ekonomis. Macam-macam bentuk sambungan yang umum digunakan adalah: Sambungan keling Solder/patri Las resistansi (tahanan) Metode penyambungan las busur listrik Penyambungan dengan las Oxy-Aseyilen
