BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN

BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN

2.1

Separator (Pemisahan) Separator merupakan elemen utama dalam pembahasan materi ini.

Kebanyakan operasi pemisahan padat dan cair dapat diklasifikasikan sebagai pemisahan dua macam bahan cair yang tidak bercampur atau bahan cair dengan bahan padat secara pengendapan, tergantung pada pengaruh gaya tarik bumi terhadap sistem. Kadang – kadang pemisahan ini dapat sangat lambat oleh karena berat spesifik komponen sangat tidak berbeda nyata atau oleh karena gaya yang menahan sistem dalam ikatan. Dengan maksud untuk meningkatkan kecepatan pemisahan gaya sentrifusi dapat dipergunakan untuk menekan perbedaan daya terhadap sistem. Adapun pemisahan yang mempunyai sifat di dalam sistem yaitu berupa homogen dan heterogen dengan cara pemisahan yang meliputi : 1. Jika campuran yang akan dipisahkan bersifat homogen (berupa larutan), pemisahan hanya dapat dilakukan dengan cara penambahan atau penciptaan fasa lain di dalam sistem. 2. Jika campuran bersifat heterogen, pemisahan dapat dilakukan dengan mengeksploitasi perbedaan yang sudah terdapat dalam sistem. Pemisahan fasa-fasa campuran heterogen harus dilakukan sebelum pemisahan bagian-bagian yang homogennya dipisahkan lebih lanjut, karena biasanya lebih mudah.

Universitas Sumatera Utara

Jenis – jenis sistem heterogen yang terdapat dalam sistem yaitu : a. uap-cair; b. cair-cair (tak saling larut); c. padat-cair; d. padat uap; e. padat-padat. Dalam pembahasan ini akan dibahas tentang sistem heterogen pada padatcair . Pemisahan heterogen dapat dilakukan dengan 4 metode utama yaitu : a. Pengendapan dan Sedimentasi; b. Flotasi; c. Pemisahan sentrifugal; dan d. Filtrasi (penyaringan) dan pengayakan. a. Pengendapan, merupakan pemisahan (cepat) partikel-partikel dari suatu fluida dengan gaya gravitasi yang bekerja pada partikel-partikel tersebut. Sedimentasi, merupakan pemisahan partikel-partikel padat yang tersuspensi di dalam suatu cairan dengan memanfaat-kan gaya gravitasi, menjadi cairan jernih dan lumpur berkadar padatan lebih tinggi.Terlihat pada gambar 2.1 :

Gambar 2.1. Pemisahan dan sendimentasi


Keterangan gambar menunjukan bahwa: a. Kecepatan uap dalam drum pemisah uap-cair harus lebih kecil dari kecepatan pengendapan tetesan cairan. b. Kecepatan pengumpanan campuran ke dalam tangki pemisah cair-cair harus cukup kecil sehingga tetes cairan berat tenggelam dan tetes cairan ringan terapung. c. Pada bilik pemisah padatan-udara, (tinggi vertikal bilik)/(kecepatan pengendapan partikel) harus lebih kecil dari waktu tinggal udara.

b. Flotasi Pemisahan berdasarkan gaya berat yang mengeksploitasi sifat permukaan partikel-partikel. Gelembung-gelembung gas (biasanya udara) dibangkitkan di dalam suatu cairan dan menempel pada suatu jenis partikel padat atau tetes cairan tak-larut, hingga partikel-partikel atau tetesan-tetesan termaksud terbawa mengapung ke permukaan cairan. Dapat diterapkan untuk memisahkan campuran padat-padat maupun cair-cair. Penting dalam pemrosesan mineral. Campuran padatan yang akan diolah harus digiling halus agar partikel-partikel zat kimia yang akan di ikatkan (recovered) terbebas dari zat-zat lain.

Zat-zat kimia yang biasa dibubuhkan pada medium flotasi : 1. Modifier : utk mengendalikan pH pemisahan. Yang lazim : asam, kapur, soda api.


2. Kolektor : reagen tak suka air (water repellent) yang dibubuhkan utk teradsorpsi secara selektif pada permukaan salah satu jenis partikel padat, hingga partikel tsb lebih hidrofobik dan cenderung menempel pada gelembung gas. 3. Aktivator : untuk mengaktifkan afinitas permukaan suatu mineral (yang dikehendaki) pada kolektor. 4. Depressant : zat yang bisa teradsorpsi pada partikel padat yang dikehendaki tertinggal, membuatnya kurang hidrofobik dan tak mau menempel pada gelembung gas. 5. Pembuih (frother) : zat aktif permukaan yang dibubuhkan ke dalam medium flotasi utk menstabilkan buih dan memperlancar pemisahan.

2.1.1 Pemisahan Secara Sentrifugal Pemisahan sentrifugal dipilih jika pemisahan dengan gaya gravitasi terlalu pelahan, karena : 1. Massa-jenis partikel dan fluida tak jauh berbeda; atau 2. Kecepatan pengendapan kecil karena partikel terlalu kecil; atau 3. Campuran yang hendak dipisahkan membentuk emulsi yang (cukup) stabil.

Gambar 2.4 Pemisahan dengan gaya gravitasi


Siklon (dan hidrosiklon) adalah pemisah sentrifugal paling sederhana pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Pemisahan sentrifugal sederhana

Pada proses pemisahan yang dilakukan dengan gaya fisik yang berkerja pada partikel atau bahan cair, gaya ini termasuk gaya gravitasi, gaya sentrifusi dan gaya kinetik yang timbul dari aliran. Partikel atau aliran dipisahkan oleh karena perbedaan reaksinya terhadap gaya-gaya tersebut, dan peralatan disusun untuk melakukan peralatan ini. Sebagai contoh, dalam proses pengendapan atau sendimentasi, gaya yang berkerja adalah gaya gravitasi dan partikel-partikel yang dipisahkan oleh karena perbedaan berat jenisnya serta sifat-sifat pengendapan, apabila partikel tersebut dijatuhkan melalui bahan cair. Pemisahan dikelompokan dalam 4 kelompok yaitu penyaringan, pengendapan, klasifikasi, pemisahan sentrifusi. Penyaringan adalah pemisahan bahan padat dari bahan cair dicapai dengan mengalirkan campuran penembus pori-pori yang cukup halus untuk menahan bahan padat akan tetapi cukup besar


untuk melakukan bahan cair. Dalam sendimentasi , dua bahan cair yang tidak dapat bercampur yaitu bahan cair dengan bahan padat dipisahkan dengan membiarkan bahan ini dalam keadaan seimbang di bawah pengaruh gaya gravitasi, bahan yang berat terlebih dahulu jatuh dari pada bahan yang ringan. Proses ini mungkin merupakan proses lambat dan selalu dipercepat dengan mempergunakan gaya sentrifusi untuk menigkatkan kecepatan pengendapan, resultante proses pemisahan ini disebut pemisahan sentrifusi.

1.

Proses pemisahan secara sentrifusi Pemisahan dua bahan cair yang tidak bercampur atau bahan cair dengan bahan padat secara pengendapan, tergantung pada pengaruh gaya tarik bumi terhadap komponen. Kadang-kadang pemisahan ini dapat sangat lambat oleh karena berat spesifik komponen sangat tidak berbeda nyata atau karena gaya yang menahan komponen dalam ikatan, misalnya sebagai yang terjadi dalam emulsi. Untuk meningkatkan kecepatan pemisahan gaya sentrifusi dapat dipergunakan untuk menekan perbedaan daya terhadap komponen. Gaya sentrifugal pada partikel yang dipaksa untuk berputar melalui sebuah lorong diberikan dengan analogi pada persamaan 2-1 yaitu :

F=m.a Dimana : F = gaya yang terjadi pada benda (

(2-1) kg.m ) dtk 2


m = massa benda ( Kg) a = percepatan benda (m.s-3) dengan;

a =ω 2.r

Dari persamaan 2-1 dapat diasumsikan bahwa gaya sentrifugal yang terjadi pada partikel dengan lintasan lingkaran maka didapat persamaan (2-2): ( 2-2 ) Dimana : fs

: gaya sentrifugal yang berkerja pada partikel untuk mempertahankan dalam lingkaran lorong (

r

: jari-jari lintasan yang dilewati (mm)

m

: massa partikel (kg)

ω

: kecepatan sudut partikel (rad/dtk)

kg.m ) dtk 2

Oleh karena; ,

(2-3)

dan ,

(2-4)

dimana

:vt

: kecepatan tangensial partikel (rad/dtk)

T

: waktu (dtk2)

Gaya sentrifugal tergantung pada jari-jari dan kecepatan putaran pada massa partikel. Apabila jari-jari dan kecepatan putaran tetap, maka faktor yang perlu diperhatikan adalah berat partikel, sehingga bertambah berat partikel, bertambah besar gaya sentrifugal yang berkerja pada partikel tersebut. Akibatnya apabila dua bahan cair, yang satu dua kali lebih rapat dari yang lain, diletakkan


dalam keranjang diputar pada sumbu tegaknya pada kecepatan yang tinggi, gaya sentrifugal per satuan isi akan dua kali lebih besar pada bahan cair yang lebih berat daripada bahan cair yang lebih ringan. Bahan cair yang berat akan menempati lingkaran keliling bagian luar keranjang dan bagian ini menggantikan bahan cairan yang ringan ketengahtengah.

2.1.2 Peralatan Pemisahan Bentuk sentrifuse yang paling sederhana terdiri dari sebuah keranjang berputar sekitar sumbu, seperti terlihat pada gambar 2.3. Bahan cair atau bahan cair dan padat dimasukkan kedalam keranjang dan dibawah gaya sentrifugal, bahan cair yang lebih berat atau partikel padat lolos ke daerah terluar keranjang sedangkan komponen yang paling ringan bergerak ke tengah-tengah. Apabila umpan seluruhnya bahan cair maka pipa pengumpulan yang sesuai dapat disusun untuk membiarkan pemisahan komponen yang paling berat dan yang paling ringan. Berbagai susunan dipergunakan untuk menyelesaikan pengumpulan ini secara efektif dan dengan gangguan terhadap pola aliran di dalam mesin semini mungkin. Untuk mendapat pengertian, fungsi susunan pengumpulan selalu lebih menolong untuk memikirkan kerja sentrifusi sebagai analog dengan jatuh bebas, dengan berbagai bendungan dan aksi aliran berlebihan sama seperti dalam tangki pengendapan, meskipun gaya sentrifugal jauh lebih besar dari pada gaya gravitasi. Menentukan jari-jari daerah netral sehingga pipa pemasukan dapat di design sedemikian rupa. Dari gambar 2.3. separator yang menggambarkan keranjang sebuah sentrifuse bahan cair yang tegak dan terus menerus. Umpan


masuk sentrifus dekat sumbu, bahan cair yang lebih berat keluar melalui lubang atas r1 dan bahan cair lebih ringan keluar melalui lubang atas r2, r1 yaitu pipa lubang pengeluaran bahan cair yang ringan dan r2 yaitu pipa lubang pengeluaran bahan cair yang lebih ringan.yang terlihat pada gambar 2.3 :

Gambar 2.3.Separator Jadi, untuk mencari tekanan pada setiap komponen pada jari-jari r2,dan diberikan persamaan 2-5:

dP =

ρ .ω 2 . dr

(2-5)

2g

menjadi: P2 − P1 =

ρ .ω 2 . ( rrn2 − r 2 ) 2g

(2-6)

maka; P2 = P1 −

ρϖ 2 (rrn2 − r 2 ) 2g

(2-7)


( ρ A r1 − ρ B r2 ) (ρ A − ρ B ) 2

jadi;

r n=

Dimana

: rn

2

(2-8)

: jari-jari netral (mm)

ρA

: Kerapatan minyak (kg/m3)

ρB

: Kerapatan lumpur dan air (kg/m3)

r1

: jari-jari pipa keluar padatan dan air (mm)

r2

: jari-jari pipa keluar minyak (mm)

Dengan kerapatan minyak nabati dan padatan, dapat digunakan persamaan kerapatan fluida per satuan volume yaitu pada persamaan 2-9: (2-9)

dimana : ρ

: Kerapatan fluida (kg/m3)

m

: massa fluida (kg)

V

: Volume (m3)

2.1.3 Gaya sentripetal yang berkerja pada partikel Gaya sentripetal memiliki besar sebanding dengan kuadrat kecepatan tangensial benda dan berbanding terbalik dengan jari-jari lintasan dapat dilihat pada gambar 2.4:

Gambar 2.4 analogi gaya sentripetal


apabila dianalogikan dengan hukum kedua Newton pada persamaan 2-10: (2-10)

dengan arah menuju pusat lintasan berbentuk lingkaran, yang menunjukkan bahwa terdapat suatu percepatan sentripetal,pada persamaan 2-11:

(2-11)

Maka gaya sentripetal memiliki besar sebanding dengan kuadrat kecepatan tangensial benda dan berbanding terbalik dengan jari-jari lintasan seperti pada persamaan 2.12 :

( 2-12)

2.1.4 Kecepatan pemisahan Sesuai dengan hukum stokes, kecepatan dalam keadaan steady partikel yang bergerak di dlam aliran “streamline” dibawah pengaruh kerja suatu gaya percepatan adalah pada persamaan 2-13 :

Vm = D 2 a ( ρ p − ρ f ) / 18µ

(2-13)

Pada persamaan ini percepatan a telah menggantikan percepatan gravitasi g. apabila aliran “streamline” terjadi di dalam sentrifusi, persamaan 2-14 dapat ditulis : a = r(

2π n 2 ) 60

(2-14)

Sehingga,


Vm = D 2 r (2 π n / 60) 2 ( ρ p − ρ f ) / 18µ = D 2 n 2 ( ρ P − ρ f ) / 1640 µ

(2-15)

Dimana : Vm = kecepatan minyak menembus air

2.1.5

Daya Pemisahan Dalam perencanaan separator dapat dibutuhkan daya pemisahan untuk

mendapatkan poros yang akan digunakan nantinya. adapun daya yang dibutuhkan dalam pemisahan adalah seperti persamaan 2-16 :

P = ρ .Q.h Dimana: P

2.2

(2-16)

: Daya yang dibutuhkan (Kw)

Q

: Kapasitas aliran (m3/s)

h

: Head loses sepanjang separator ( m )

ρ

: Kerapatan minyak nabati (kg/m3)

Motor Induksi Motor yang digunakan sebagai elemen pendukung adalah motor induksi.

Motor induksi banyak digunakan dalam industri baik skala besar maupun skala kecil karena motor induksi mempunyai konstruksi yang sangat baik, harga yang murah dan mudah dalam pengaturan kecepatannya, stabil ketika berbeban dan mempunyai efisiensi yang tinggi. Motor induksi atau asinkron pada umumnya hanya memiliki satu suplai tenaga yang mengeksitasi belitan stator. Belitan rotornya tidak terhubung langsung dengan sumber tenaga listrik, melaikan belitan ya dieksitasi oeleh induksi dari perubahan medan magnetik yang disebabkan oleh arus pada belitan stator.


2.2.1

Konstruksi Motor Induksi Motor induksi terdiri atas dua bagian utama yaitu stator dan rotor.

Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk sislinder dan simetris. Diantara rotor dan stator terdapat celah udara yang sempit.

a. Stator Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang diam yang membawa arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi yang menjadi alur kumparan ( Gambar 2.4 ). Tiap kumparan tersebar dalam beberapa alur yang disebut belitan phasa dimana untuk tiga motor phasa belitan terpisah secara listrik sebesar 120

0.

bila stator tersebut dicatu

oleh tegangan tiga phasa yang setimbang, maka pada stator tersebut akan muncul suatu medan magnet pada celah yang berputar pada kecepatan serempak yang besarnya ditentukan oleh jumlah kutub (p) dan frekuensi stator (f) yang dirumuskan dalam persamaan ( 2-17) :

ns =

120 f p

( 2-17)

Dimana : ns = putaran sinkron medan stator (rpm) f = frekuensi (Hz) Z = jumlah kutub Berikut adalah contoh bagian stator dan belitan dalamnya untuk motor induksi tiga phasa.pada gambar 2.5 :


Gambar 2.5 Stator motor induksi tiga phasa

b. Rotor Ada dua jenis belitan rotor yaitu : rotor sangkar bajing ( squirrel cage rotor) atau biasanya disebut rotor sangkar dan rotor belitan ( wound rotor). Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.6:

Gambar 2.6 Rotor sangkar, (a) Tipikal rotor sangkar

Batangan rotor biasanya terbuat dari tembaga, almunium, magnesium atau logam campuran yang diletakkan pada alur atau slot. jenis rotor standart tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukakan pada gambar 2.7 :


Gambar 2.7. Konstruksi motor induksi Rotor sangkar ukuran kecil

2.2.2

Prinsip kerja motor Induksi Motor induksi adalah peralatan pengubah energi elektromekanis, dimana

terjadi perubahan energi dari bentuk energi listrik ke energi mekanis. Pengubah energi ini bergantung pada keberadaan fenomena alami magnetik dan medan listrik yang saling berkaitan pada satu sisi dan gaya mekanis. Adapun prinsip kerja motor induksi tiga phasa mengikuti langkah-langkah sebagai berikut : 1. Apabila kumparan stator dihubungkan pada sumber tegangan tiga phasa, maka akan timbul medan putar dengan kecepatan ns yang besarnya ditunjukkan dalam persamaan 2-17 yaitu: n s =

120 f p

(2-17)

2. Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 3. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup maka ggl tersebut akan menghasilkan I. 4. Adanya arus I didalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor.


5. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator. 6. Perputaran rotor akan semangkin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan medan putar stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip (s) dan dinyatakan dengan :

s=

ns − nr x 100 % ns

( 2-18 )

7. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantungnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2s yang besarnya : E2s = 4,44 .s .f. N2. φ m

(2-19)

8. Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor, dengan demikian tidak akan dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns. selain itu kita dapat juga menghitung daya yang digunakan yaitu sebesar : pin = 3 . .Vin . I in . cos ϕ

2.3

(2-20)

Poros Poros merupakan salah satu bagian terpenting dalam setiap mesin yang

berfungsi untuk meneruskan daya dan putaran.Poros adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti: kopling, roda gigi, pulley, roda gila, engkol sproket, dll.


2.3.1 Macam-Macam Poros Menurut pembebanannya poros diklasifikasikan menjadi: a)

Poros Transmisi

b)

Poros Spindel

c)

Poros Gandar Dalam perencanaan kopling ini dipilih jenis ‘poros transmisi’. Poros ini

mendapat beban puntir murni atau gabungan beban puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, pulley, dll. Dalam perencanaan poros transmisi ini, perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut : a. Kekuatan Poros Suatu proses transmisi harus dapat menahan beban seperti: puntiran, lenturan, tarikan dan takanan. Oleh karena itu, poros harus dibuat dari bahan pilihan yang kuat dan tahan terhadap beban-beban tersebut. b. Kekakuan Poros Walaupun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar, akan mengakibatkan terjadinya getaran dan suara. Oleh karena itu,disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus dipertimbangkan sesuai dengan jenis mesin yang dilayani. c. Putaran Kritis Suatu mesin bila putarannya dinaikkan,maka pada harga putaran tertentu akan terjadi getaran yang sangat besar dan disebut putaran kritis. Putaran ini harus dihindari dengan membuat putaran kerja lebih rendah dari putaran kritisnya.


d. Bahan Poros Poros transmisi biasa dibuat dari bahan yang ditarik dingin dan difinishing seperti baja karbon yang dioksidasikan dengan ferra silikon dan di cor. Pengerjaan dingin membuat poros menjadi keras dan kekuatannya menjadi besar.

2.3.2 Penentuan Daya Perencanaan Poros yang akan dirancang adalah poros transmisi yang digunakan untuk memindahkan daya dan putaran sebesar: P

= 76,87 kW

n

= 7000 rpm

Penentuan daya rencana diperoleh dari persamaan 2-21 : Pd = fc. N

di mana:

(2-21)

Pd = daya rencana (kW) fc = faktor koreksi Pn = daya nominal keluaran motor penggerak (kW).

Ada beberapa jenis faktor koreksi sesuai dengan daya yang akan ditransmisikan sesuai dengan Tabel 2.1. Tabel 2.1 Jenis-jenis faktor koreksi berdasarkan daya yang akan ditransmisikan

Daya yang Akan Ditransmisikan

fc

Daya rata-rata yang diperlukan

1,2 - 2,0

Daya maksimum yang diperlukan

0,8 - 1,2

Daya normal

1,0 - 1,5

sumber: Sularso, Kiyokatsu Suga, “Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin”


Dengan adanya daya dan putaran, maka poros akan mendapat beban berupa momen puntir. Oleh sebab itu dalam penentuan ukuran-ukuran utama dari poros akan dihitung berdasarkan beban puntir serta kemungkinan-kemungkinan kejutan/tumbukan dalam pembebanan, seperti pada saat motor mulai berjalan. Besarnya momen puntir yang dikerjakan pada poros dapat dihitung dari: Mp = 9,74 ⋅ 10 5 ⋅

di mana:

Pd

(2-22)

n

Mp = momen puntir (kg⋅mm) Pd = daya rencana (kW) n

= putaran (rpm).

2.3.3 Pemilihan Bahan Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja karbon yang di-finish dingin (disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari Ingot yang di-Kill (baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilikon dan dicor, kadar karbon terjamin). Jenis-jenis baja S-C beserta sifat-sifatnya dapar dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Batang baja karbon yang difinis dingin (Standar JIS)

Lambang

Perlakuan Panas

Diameter (mm)

Dilunakkan

20 atau kurang 21 – 80 20 atau kurang 21 – 80 20 atau kurang 21 – 80 20 atau kurang 21 – 80 20 atau kurang 21 – 80 20 atau kurang 21 – 80

S35C-D Tanpa dilunakkan Dilunakkan S45C-D Tanpa dilunakkan Dilunakkan S55C-D Tanpa dilunakkan

Kekuatan Tarik (kg/mm2) 58 – 79 53 – 69 63 – 82 58 – 72 65 – 86 60 – 76 71 - 91 66 – 81 72 - 93 67 – 83 80 - 101 75 – 91

Kekerasan HRC (HRB) HB (84) - 23 (73) - 17 (87) - 25 (84) - 19 (89) - 27 (85) - 22 12 - 30 (90) - 24 14 - 31 10 - 26 19 - 34 16 - 30

144 - 216 160 - 225 166 - 238 183 - 253 188 - 260 213 - 285

sumber: Sularso, Kiyokatsu Suga, “Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin”


Tegangan geser ijin dari bahan ini diperoleh dari rumus :

τ dimana:

p

=

σb

(2-23)

Sf1 ⋅ Sf2

τg = tegangan geser izin (kg/mm2) σb = kekuatan tarik bahan (kg/mm2) Sf1 =

faktor keamanan yang bergantung pada jenis bahan, di mana untuk bahan S-C besarnya adalah 6,0.

Sf2 =

faktor keamanan yang bergantung dari bentuk poros, di mana harganya berkisar antara 1,3 – 3,0.

2.3.4 Perencanaan Diameter Poros Diameter poros dapat diperoleh dari persamaan 2-24 :

1

 5,1 3 dp =  ⋅ Kt ⋅ Cb ⋅ Mp   τa 

di mana:

dp =

(2-24)

diameter poros (mm)

τa = tegangan geser izin (kg/mm2) Kt =

faktor koreksi tumbukan, harganya berkisar antara 1,5 – 3,0

Cb =

faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban lentur, dalam

perencanaan ini diambil 1,0 karena diperkirakan tidak

akan terjadi beban lentur Mp =

momen puntir yang ditransmisikan (kg⋅mm).


2.3.5 Pemeriksaan Kekuatan Poros Ukuran poros yang telah direncanakan harus diuji kekuatannya. Pengujian dilakukan dengan memeriksa tegangan geser (akibat momen puntir) yang bekerja pada poros. Apabila tegangan geser ini melampaui tegangan geser izin yang dapat ditahan oleh bahan maka poros akan mengalami kegagalan. Besar tegangan geser akibat momen puntir yang bekerja pada poros diperoleh dari persamaan 2-25:

τp = 16 ⋅ M3p

(2-25)

π ⋅d

di mana:

τp = tegangan geser akibat momen puntir (kg/mm2) Mp = momen puntir yang ditransmisikan (kg⋅mm) dp = diamater poros (mm).

2.4

Pasak Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-

bagian mesin seperti roda gigi, sproket, puli, kopling, dll. pada poros. Momen diteruskan dari poros ke naf ke poros. Fungsi yang serupa dengan pasak dilakukan pula oleh spline dan gerigi yang mempunyai gigi luar pada poros dan gigi dalam dengan jumlah gigi yang sama pada naf dan saling terkait antara yang satu dengan yang lainnya, gigi pada spline adalah besar-besar, sedang pada gerigi adalah kecil-kecil dengan jarak bagi yang kecil pula. Kedua-duanya dapat digeser secara aksial pada waktu meneruskan daya. Pada Gambar 2.8 :


Gambar 2.8. Pasak

2.4.1 Macam – Macam Pasak Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam sebagai berikut yaitu : Menurut letaknya pada poros dapat dibedakan atas : pasak pelana, pasak benam, pasak rata, pasak singgung yang umumnya segi empat. Dalam arah memanjang dapat berbentuk primatis atau berbentuk tirus. pasak benam primatis ada yang khusus dipakai sebagai pasak luncur. Disamping macam-macam pasak diatas ada pula pasak tembereng dan pasak jarum (Gambar 2.9). Pasak luncur memungkinkan pergeseran roda gigi, dan lain-lain pada porosnya, seperti pada spline. yang paling umum dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskan momen yang besar. Untuk momen dengan tumbukan, dapat dipakai pasak singgung. Dapat dilihat pada gambar 2.9 :

Gambar 2.9. Macam-Macam Pasak


2.4.2 Hal-Hal Penting Dalam Perencanaan Pasak Pasak benam mempunyai bentuk penampang segi empat dimana terdapat bentuk prismatis dan tirus yang diberi kepala untuk memudahkan pencabutannya. Pada pasak yang rata, sisi sampingnya harus presisi dengan alur pasakagar pasak tidak goyah. untuk pasak umumnya dipilih bahan yang mempunyai kekuatan tarik lebih dari 60 ( kg/mm2), lebih kuat daripada porosnya. Jika momen rencana dari poros adalah T ( kg.mm), dan diameter poros adalah ds (mm), maka gaya tangensial F (kg) pada permukaan poros adalah: F=

T (d s / 2)

(2-26)

Gaya geser yang berkerja pada penampang mendatar b x l (mm2 oleh gaya F (kg), dengan demikian tegangan geser yang ditimbulkan adalah:

τk =

F b.l

(2-27)

Dengan tegangan geser yang diizinkan τ ka (kg/mm2), panjang pasak l1 (mm) yaitu sebesar :

τ ka ≥

2.5

F b.l

(2-28)

Sabuk-V Dan Puli Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan

transmisi langsung dengan roda gigi. dalam hal demikian, cara transmisi atau daya yang lain dapat diterapkan , dimana sebuah sabuk luwes atau rantai dibelitkan sekeliling pully atau sproket pada poros.


Transmisi dengan elemen mesin yang luwes dapat digolongkan atas transmisi sabuk, transmisi rantai, dan trasmisi kabel atau tali. Transmisi sabuk dapat dibagi atas tiga kelompok. Dalam kelompok pertama, sabuk rata dipasang pada pully silinder dan meneruskan momen antara dua poros yang jaraknya dapat sampai 10 (m) dengan perbandingan putaran antara 1/1 sampai 6/1. Dlam kelompok kedua, sabuk dengan penampang trapesium dipasang pada puli dengan alur dan meneruskan momen antara 2 poros yang jaraknya sampai 5 (m) dengan perbandingan putaran antara 1/1 sampai 7/1. Kelompok terakhir terdiri atas sabuk dengan gigi yang digerakkan dengan sproket pada jarak pusat sampai mencapai 2 (m), dan meneruskan putaran secara tepat dengan perbandingan antara 1/1 sampai 6/1. Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk-V karena mudah penanganannya dan harganya pun murah. kecepatan sabuk direncanakan untuk 10 sampai 20 (m/s) pada umumnya, dan maksimum 25 (m/s). daya maksimum yan dapat ditransmisikan kurang lebih sampai 500 (kw).

2.5.1

Konstruksi Sabuk-V Sabuk V terbuat dari karet yang mempunyai penampang trapesium.

tenunan tetoran atau semacamnya dipergunakan sebagai sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk V dibelitkan di keliling alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang sedang membelit pada puli ini mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan daya yang besar pada tengangan yang relatif rendah. hal ini merupakan salah satu keunggulan


sabuk V dibandingkan dengan sabuk rata. dapat dilihat konstruksi sabuk V pada gambar 2.10. :

Gambar 2.10. Konstruksi Sabuk-V

2.5.2

Perencanaan Sabuk-V dan puli Pada pemilihan penampang sabuk-V ini dengan menggunakan penampang

standar tipe B yang terlihat pada tabel 2.3 terlampir : Dalam hal perencanaan sabuk-V dan pully dapat ditentukan daya dan putaran (rpm) yang diperlukan terutama menentukan penampang sabuk yang terlihat pada tabel 2.4 : Tabel 2.4 Ukuran puli-V

Diameter Nominal L0 α (*) W* (diameter lingkaran jarak bagi dp) A 71-100 34 11,95 9,2 101-125 36 12,12 126 atau lebih 38 12,30 B 125-160 34 15,86 12,5 161-200 36 16,07 201 atau lebih 38 16,29 C 200-250 34 21,18 16,9 251-315 36 21,45 316 atau lebih 38 21,72 D 355-450 36 30,77 24,6 451 atau lebih 38 31,14 E 500-630 36 36,95 28,7 631 atau lebih 38 37,45 Sumber Tabel: Dasar Perencanaan dan Pemilihan, Sularso, hal 166 Penampang Sabuk-V

K

K0

e

f

4,5

8,0

15,0

10,0

5,5

9,5

19,0

12,5

7,0

12,0

25,5

17,0

9,5

15,5

37,0

24,0

12,7

19,3

44,5

29,0

Diameter puli yang terlalu kecil akan memperpendek umur sabuk. Dalam Tabel 2.5 diberikan diameter minimum yang dianjurkan dan yang diizinkan menurut jenis sabuk yang digunakan.


Tabel 2.5 Diameter minimum puli yang diizinkan dan dianjurkan (mm) Penampang

A

B

C

D

E

Diameter min. yang diizinkan

65

115

175

300

450

Diameter min. yang dianjurkan

95

145

225

350

550

Dimana putaran puli pengger ak dan yang digerakkan berturut-turut adalah n1 ( rpm) dan n2 (rpm), dan diameter nimnal masing- masing adalah dp(mm) dan Dp (mm), serta perbandingan putaran u dinyatakan dengan n2/n1 atau dp/ Dp karena sabuk –V biasanya dipakai untuk menurunkan putaran, maka perbandingan yang umum dipakai ialah perbandingan reduksi I (i>1), di mana ni Dp 1 1 =i= = ;= n2 dp u i

(2-29)

Kecepatan linier sabuk –v ( m/s) adalah v=

dpn1 60 x1000

(2-30)

jarak sumbu poros dapat dihitung dengan persamaan 2-31 : C=

d k + Dk 2

(2-31)

Maka diameter lingkaran jarak bagi puli dp, Dp (mm) diameter luar puli dk, Dk (mm) dan diameter naaf dB, DB dapat dilihat pada persamaan 2-32: Dp = dp x i

(2-32)

dk = dp + 2 x K

(2-33)

Dk = Dp +2 x K

(2-34)

maka;


jika dB dan DB berturut-turut adalah diameter bos atau naaf puli kecil dan puli besar ds1 dan ds2 berturut-turut adalah diameter poros penggerak dan yang digerakkan. dB ≥ 5/3 ds1 + 10 (mm) DB ≥ 5/3 ds2 + 10 (mm) Besarnya daya yang dapat ditransmisikan oleh satu sabuk P0 (kw) diberikan oleh persamaan 2-35 biasanya dipakai untuk sabuk-V standar.

P0 = (dp n){( C1 (dpn)-0,09-(C2/dp)- C3(dpn)2} – C2n x {1 – (1/C5)}

(2-35)

dimana C1 sampai C5 adalah konstanta-konstanta. untuk menyerderhanakan perhitungan, setiap produsen sabuk mempunyai katalog yang berisi daftar untuk memilih sabuk. tabel.2.6. yang terlampir menunjukkan daftar kapasitas dari daya yang ditransmisikan untuk satu sabuk bila dipakai puli dengan diameter minimum yang dianjurkan.

2.6

Penentuan Bantalan Bantalan (bearing) adalah elemen mesin yang digunakan untuk

menghubungkan dua elemen mesin lainnya yang saling bergerak satu terhadap yang lain. Pada konstruksi kopling Mitsubishi Kuda digunakan dua jenis bantalan, yaitu: 1.

Bantalan pendukung poros, berupa bantalan bola radial untuk menahan poros pada tempatnya.


2.

Bantalan pembebas (release bearing), berupa bantalan bola aksial untuk menekan pegas matahari saat pedal kopling ditekan.

Perancangan kedua bantalan tersebut akan diuraikan dalam bagian berikut.

2.6.1 Bantalan Pendukung Poros Bantalan yang digunakan untuk mendukung poros adalah bantalan bola radial beralur dalam baris tunggal (single row deep groove radial ball bearing), sebanyak dua buah, masing-masing pada kedua ujung poros. Sketsa bantalan pendukung poros ini beserta komponen-komponen lain yang terhubung dengannya ditunjukkan pada gambar 2.11 :

Gambar 2.11 Bantalan

2.6.2 Penentuan Bahan Bantalan Diagram benda bebas untuk gaya-gaya yang bekerja pada poros dan kedua bantalan pendukungnya diberikan dalam gambar 2.12 :


Gambar. 2.11 Analisa Gaya Pada Bantalan Pendukung Poros Bahan poros dan bahan bantalan mempunyai harga tekanan yang diizinkan Seperti yang terlihat pada Tabel 2.8 : Tabel 2.8 Tekanan yang diizinkan untuk bantalan aksial. Poros Bantalan Tekanan yang diizinkan Pa (kg/mm2) Baja keras

Perunggu

0,5-0,75

Baja keras

Besi cor mutu tinggi

0,5-0,75

Baja lunak

Perunggu

0,3-0,4

Baja lunak

Besi cor

0,2-0,25

Sumber: Perencanaan dan pemilihan elemen mesin , sularso hal 125. harga-harga pa diberikan dalam Tabel 2.8. Untuk macam pelumasan biasa, harga-harga (pv)a adalah 0,17 ( kgm/mm2.s). Untuk pelumasan dengan pompa minyak 0,4-0,8 kg.m/mm2.s), untuk pelumasan dengan alat pendingin 0,8 (kg.m/mm2.s) atau kurang. maka, Persamaan 2-38 dapat diketahui ukuran bantalan aksial yang akan dipakai :


d1 − d 2 =

W .N C

(2-38)

dimana : d1 = Diameter poros (mm) d2 = Diameter luar bantalan (mm) W = Berat bowl disc (kg) N = Putaran poros (rpm) C = Konstanta ( kg.mm/(mm2.s) dapat dilihat pada persamaan 2-39 : C = 30000 x ( pv)a

(2-39)

( pv)a = Tekanan yang diizinkan 0,17 [kg.m/mm2.s)]

jadi tekanan yang terjadi pada bantalan aksial pada persamaan 2-40 : P=

1000 (π / 4). (d12 − d 22 )

(2-40)

faktor keamanan bantalan aksial dapat dibandingkan dengan tekanan izin bantalan PTerjadi < ( pv)a [kg.m/mm2.s)]


BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN

Recommend Documents