KARYA ILMIAH EFEK BAHAN LOSS DRUM BAJA LUNAK TERHADAP KARAKTERISTIK TORSI MOTOR ARUS SEARAH.
Oleh: S PONIMAN.
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2016
LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN 1. Judul Karya Tulis Ilmiah
: Efek Bahan Loss Drum Baja Lunak Tehadap KarakteristikTorsi Motor Arus Searah.
2. Penulis a. Nama lengkap
: Ir. S Poninan, M.Si
b. N I P
: 195606061987031001
c. Pangkat/golongan
: Pembina, IVa
d. Jabatan
: Lektor kepala
e. Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
3. Jumlah Penulis
: 1 (satu) orang
Mengetahui
Bukit Jimbaran, 20 Januari 2016
Ketua Program Studi Fisika,
Penulis karya ilmiah,
S. PONIMAN NIP:195606061987031001
Ir. S Poniman, M.Si NIP: 195606061987031001
Mengetahui
iii
ABSTRAK. Kerugian Arus Pusar pada mesin arus pusar amat di butuhkan sebagai alat penghubung ke motor penggerak yang mempunyai kecepatan konstan. Besar torsi keluaran dapat diatur besarnya dengan mengubah besar arus Extitaqsi yanga dialirkan. Besar arus Exitasi yang di pergunakan dari 100 mA sampai 3000 mA. Besaran lain yang mempengaruhi besar torsi keluaran adalah kuat medan magnet antara kedua lempengan yang dihasilkan oleh bahan Baja lunak. Dalam perencanaan di harapkan harga per HP ( Hourse Power ) atau per kg berat mesin lebih murah dibandingkan harga mesin yang ada di pasar. Kata Kunci : Arus pusar , Arus Exitasi, Daya motor.
iv
DARTAR ISI. Halaman. SAMPUL MUKA
i
JUDUL
ii
HALAMAN PENGESAHAN
iii
ABSTRAK
iv
DAFTAR ISI
v
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR TABEL.
.
.
.
vii
I PENDAHULUAN. I .1 Latar Belakang
.
.
.
1
I .2 Batasan Masalah.
.
.
.
1
I .3 Rumusan Masalah. .
.
.
1
II Teori Penunjang. .
.
2 .1 Arus Pusar
2
2 .2 Uraian secara phisik penembusan gelombang pada phenomena arus pusar
2
2 .3 Tebal Penenmbusan .
5
.
.
2 . 4 Arus Pusar. Pada Lapisan Tipis .
.
.
.
6
III. Pembahasan.. 3 . 1 Prhitumgan torsi .
.
.
.
3 .2 Perencanaan Torsi Meter. .
.
.
.
7
.
7
3. 3 Pengukuran.
.
.
.
.
8
IV KESIMPULAN.
.
.
.
.
12
.
.
.
13
V
DAFTAR PUSTAKA.
DAFTAR GAMBAR.
Gamb 2- 1 : Arus Pusar Akibat Adanya Konduktor yamg dialiri arus dekat plat…
1
Gamb 2-2 : Permukaan Plat Dengan Tebal 2d Ditembus Gelombang E-M. . .
3
Gamb 2-3 : Bidang Permukaan ZOY.
4
.
.
.
.
Gamb 2 -4 : Lapisan – lapisan Tipis Yang Dialiri Arus Pusar.
.
.
.
6
Gamb 4-1 : Sistim Pencatuan Arus Exitasi Pada silinder di Permukaan Pirinngan Loss Drum Baja Lunak dengan Kutub Magnet Utara - Utara.
.
8
Gamb 4-2 : Grafik Torsi sebagai fungsi putaran Pada Kumparan Silinder Kutub Magnit Utara – Utara.
.
.
.
.
.
9
Gamb 4- 3 : Siitim Pemberian Arus Exitasi Pada Kumparan Silinder di Permukaan Piringan Loss Drum baja lunak Dengan Kutub Magnet Utara - Selatan.10 Gambar 4-4 : Grafik Torsi sebagai fungsi putaran Pada Kumparan Silinder Kutub Magnit Utara – Selatan.
.
.
.
vi
11.
DAFTAR TABEL.
Tabel 4-1 : Pengukuran Torsi .empat pasang kutub magnit utara – utara Pada Piringan Loss Drum Baja Lunak
.
.
.
8
Tabe 4-2 : Pengukuran Torsi dengan empat pasang kutub magnit utara – selatan Pada Piringan Loss Drum Baja Lunak.
vii
.
.
.
10
BAB I P E N D A H U L U A N. 1 .1 Latar Belakang. Pada industry – industry amat diperlukan suatu alat yang sanggup menggandeng sumber penggerak dengan bebanya. Untuk kebutuhan ini perlu di buat prototype mesin yang bekerja berdasarkan prinsip timbulnya Arus Eddy. Pada umumnya design peralatan masih konvensional, yaitu dengan sistim Exitasi radial. Agar di peroleh bentuk yang sederhana maka dibuat sisitim axial, dengan memilih bahan piringan exitasi yang sesuai dengan persyaratan mesin Eddy Cuurent. Akibat adanya medan magnit yang bergerak pada permukaan logam akan menimbulkan arus eddy.Effek arus eddy ini dimanfaatkan untuk menghasilkan reaksi jangkar terhadap medan magnit utamanya yang akan menimbulkan torsi putar. Arus eddy yang besar akan dihasilkan oleh bahan loss drum yang kandungan unsur silikonya sekecil mungkin.. Pemilihan bahan loss- drum tersebut diharapkan menghasilkan Slip yang kecil sehingga menghasilkan torsi besar. Bahan piringan exitasi tidak didasarkan pada sifat struktur Kristal bahan tetapi bagaimana pengaruh torsi putar yang dihasilkan oleh bahan tersebut setelah digunakan prototype yang di gerakan oleh motor DC . 1 .2 Rumusan Masalah. Bahan ferromagnetic yang di pergunakan sebagai loss drum hanya baja lunak dengan arus exitasi maximum 3000 mA. Diameter kawat-Cu yang dipakai lilitan sebesar 0,4 mm. Putaran motor penggerak maksimum 1250 rpm dengan tegangan kerja 220 Volt. 1 .3 Batasan Masalah. . Dalam permasalahan yang di jelaskan dalam rumusan masalah dibatasi sebagai berikut Putran motor menggerak dimulai dari 100 rpm sampai 1250 rpm. Arus exitasi yang dialirkan pada piringan exitasi dari 250 mA sampai 3000 mA.
1
B A B II. Teori Penunjang.
2.1 Arus Pusar. Bila suatu konduktor bergerak dalam medan magnit atau fluk magnet bergerak memotong konduktor maka akan timbul gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik tersebut akan menimbulkan arus pada konduktor dalam bentuk rangkaian tertutup. ( Hukum Faraday .) Gejala ini dapat timbul pada lempengan konduktor yang daliri arus, dekat permukaan lempengan logam konduktor sehingga menghasilkan dua arah medan magnit seperti gambar 2-1 dimana arus pusar yang terjadi merupakan dua rangkaian tertutup.
Gambar 2 – 1 : Arus Pusar Akibat Adanya Konduktor yamg dialiri arus dekat plat.. Gerakan medan magnit yang menghasilkan arus pusar tersebut timbul akibat gerakan logam konduktor dekat permukaan dialiri arus searah.
2 . 2 Uraian Secara Phisik Penembusan Gelombang Pada Phenomena Arus Pusar. Berdasarkan persamaan Maxwell dalam suatu media dengan mengabaikan arus displacement perumusan sebagai berikut. 2
3 H .dl
E .dl
=
E .ds
( 2.1 )
B.ds t
( 2. 2 )
Dengan : konduktivity logam
Bila medan listrik -E ke arah sumbu Z, kerapatan medan magnit – B dan gaya magnetisasi –H ke arah sumbu Y maka persamaan 2.2 menjadi
E a . d l B.ds . . z t s t
( 2.3 )
Dengan
: fluk yang memotong permukaan .
Dengan
memperhatikan
bagian potongan
bidang
Y-Z
pada
gambar
2-2
Gambar 2-2 : Permukaan Plat Dengan Tebal 2d Ditembus Gelombang E-M.
Bila bidang pemisah pada kedalaman dan bergerak menuju pusat plat dengan kecepatan v
berikut
4 Dalam selang waktu dt maka perubahan fluk perunit panjang arah sumbu X adalah
d 2 Bo v dt
Dengan
( 2 .4 )
B0 : kerapatan fluk konstan
Bila diperhatikan loop tertutup a – b = c – m pada gambar 2-3 yang merupakan potongan plat bidang X-Z , maka tidak terjadi perubahan fluk. Gambar 2-3 dapat di berikan sebagai berikut
Gambar 2-3 : Bidang Permukaan ZOY. Hal ini memperlihatkan pada loop a-b-m-c tidak terdapat medan listrik. Bila diperhatikan loop c-m-g-f yang menlinkari permukaan pemisah , maka persamaann 2-3 dan 2-4 menjadi
E cm E gf 2 B0
d dt
( 2..5 )
5 Pada sebelah kiri permukaan pemisah yaitu loop f-g-k-h tidak terjadi perubahan fluk sehingga E fg E hk E p
(2 .6 )
Berarti medan listrik di daerah sebelah kiri permukaan pemisah yaitu
0 x
sama di semua tempat dan sama dengan medan listrik E di luar permukaan.
2. 3 Tebal Penembusan ( Kedalaman Penembusan, ) Tebal penenmbusan pada plat logam yang cukup tebal adalah pergeseran titik yang menembus sampai kedalaman maksimum dari setengah periode gelombang. Gerakan dari permukaan pemisah sebagai fungsi waktu di berikan sebagai berikut 2H m B0
Untuk
1
2 .t .Sin 2 0t
( 2. 7 )
Tebal maksimum pada akhir setiap setengah periode adalah 2H n B 0
dengan
1
2
( 2. 8 )
: tebal penembusan.
Medan-medan akan menembus pada kedalaman bila setengah tebal plat logam ( d ) lebih besar atau sama dengan .
6
2. 4 Arus Pusar Pada Lapisan Tipis.
Gerakan fluk magnet yang mengenai lapisan-lapisan tipis akan mengakibatkan arus pusar yang tidak kontinu melainkan terpisah-pisah. Hal ini ditunjukan oleh perubahan harga fluks dalam suatu gelang besi berlapis setebal satu inchi seperti ditunjukan pada gambar 2-4 sebagi berikut;
Gambar 2 -4 : Lapisan – lapisan Tipis Yang Dialiri Arus Pusar. Bila n jumlah lapisan gelang sama dengan permukaan
1 2
pemisah mencapai kedalaman
d , dan diasumsikan dari
d < , sedang
permukaan luar lapisan
maka
diperoleh besar fluks sebagai berikut ; .t 2nLB0 d 2 Sin . 2
dengan
.
.
0 t tc
, .
.
( 2. 9 )
: harga fluks sesaat dalam gelang besi.
Setengah periode selama arus pusar mengalir diberikan dalam bentuk persamaan
tc 2 1 d Sin 1 T 2
.
.
(2.10 )
Dari persamaan 2.10 dapat di tunjukan bila arus pusar tidak mengalir secara kontinu tetapi bergantung pada d .
B A B III PEMBAHASAN. 3. 1 Perhitungan Torsi Out Put. Penggerak mula beban dipergunakan motor arus searah , karena motor arus searahkecepatannya mudah diatur. Dari data motor DC yang digunakan sebagai penggerak beban dapat ditentukan torsi out put yang di hasilkan sebagai berikut Pautput 2
.n 60
559,5 = 0,1. max .n
max
559,5 = 3, 85 [ Newton meter ] 0,1.1450
max 0,385 kg – meter..
3. 2 Perencanaan Torsi Meter. Dalam perencanaan Torsi Meter dilakukan dengan memilih bahan pegas nilai lonstanta pegas - k sebesar 181 Newton/ meter serta lengan gaya – l sebesar 0, 425 m. Agar lebih memudahkan pengambilan data di tentukan besarnya torsi yang timbul setiap terjadi penurunan 1 mm skala pada meter - torsi sebagai berikut ;
T 1mm 181. 1.10 3 .0,425. N-m
T1mm 0,076925 N-m. 7
8 3 . 4 Pengukuran. Setelah mesin terpasang dengan kuat pada landasan nya, motor DC diputar , arus exitasi dimasukan , dengan memasang delapan- silinder yang di liliti kawat tembaga sebanyak 350 lilitan pada piringan loss drum. Langkah awal masing –masing slinder di beri kutub yang sama ( kutub utara - kutub utara ) .Gambar Prototype pringan loss drum adalah sebagai berikut ;
Gambar 4-1 : Sistim Pencatuan Arus Exitasi Pada silinder di Permukaan Pirinngan Loss Drum Baja Lunak dengan Kutub Magnet Utara - Utara Hasil pengukuran sistim pencatuan arus exitasi dengan besar putaran ( rpm ) yang berubah-ubah untuk menghasilkan torsi di berikan pada tabel berikut . Tabel 4-1 : Pengukuran Torsi .empat pasang kutub magnit utara – utara pada loss drum. Putaran . (rpm ) 100 200 300 400 500 600 750 1000 1250
I ex = 100 mA 0,02 0,05 0,08 0,08 0,08 0,08 0,09 0,09 0,09
Torsi ( mm ). I ex = 250 mA 0,05 0,1 0,1 0,15 0,15 0,15 0,2 0,2 0,2
I ex = 750 mA 0,1 0,15 0,2 0,3 0,3 0,4 0,45 0,45 0,5
I ex = 1000 mA 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,8 0,8 1
9
Data data pada tabel 4.1 diplot Torsi fungsi putaran , yang di tunjukan sebagai berikut
Gambar 4-2 : Grafik Torsi sebagai fungsi putaran Pada Kumparan Silinder Kutub Magnit Utara – Utara. Dari grafik dapat di tunjukan harga torsi maksimum hanya sebesar
0,076925 N-m..
Daya maksimum yang dapat di transfer adalah ; P . = 2. .n. 60 P 2. .
P
1 .1250 .0,076925 = 10 Wtt. 60
1 .10 0,0135.HP . 746
Untuk menhhasilkan daya maksimum yang lebih besar maka sistim hubungan kawat diperbaiki.
10 Dilakukan perbaikan empat pasangan kutub magnit utara – selatan pada silinder yang dipasang di piringan loss drum logam baja lunak yang gambar prototype sebagai berikut
Gambar 4. 3 Sisitim Pemberian Arus Exitasi Pada Kumparan Silinder di Permukaan Piringan Loss Drum baja lunak Dengan Kutub Magnet Utara - Selatan. Hasil pengukuran sistim pencatuan arus exitasi dengan besar putaran ( rpm ) yang berubah-ubah untuk menghasilkan torsi di berikan pada tabel berikut . Tabel 4-2 : Pengukuran Torsi dengan empat pasang kutub magnit utara – selatan pada Piringan Loss Drum Baja Lunak. Torsi ( mm ). Putaran . (rpm ) I ex = 250 I ex = 750 I ex = 1250 I ex = 2000 I ex = mA mA mA mA 3000 mA 100 0,1 0,1 0,3 0,2 250 0,1 0,2 1 0,4 500 0,2 0,3 2 0,5 750 0,2 0,3 2,2 0,6 1000 0,2 0,3 2,3 0,7 55 1250 0,2 0,3 2,5 0,8 60
11 Data data pada tabel 4.2 diplot Torsi fungsi putaran , yang di tunjukan sebagai berikut
Gambar 4-4 : Grafik Torsi sebagai fungsi putaran Pada Kumparan Silinder Kutub Magnit Utara – Selatan. Dengan perubahan Pasangan kutub magnit pada silinder yang dipasang di loss drum terlihat perubahan harga torsi maksimum yaitu P . = 2. .n. 60 1 P 2. . .1250 ..4,62 = 606 Wtt. 60
P
1 .606 0,8.HP 746 .
Perubahan pasangan kutub pada silinder yang dipasangan di piringan loss drum dengan bahan Yang sama , dapat menaikan daya prototype mesin motor arus searah.
Kesimpulan. Dari pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut. 1. Dengan mengubah susunan pasangan kutub magnet pada silinder diperoleh efesiensi mesin yang lebih baik dengan kenaikan torsi maksimum mesin. 2. Perubahan pasangan kutub magnet silinder yang di pasang di piringan loss drum dapat meningkatkan kerapatan fluk magnet dan menjadi lebih serba saama. 3. Arus pusar pada piringan loss drum yang terjadi pada ipringan loss drum menjadi lebih besar dengan makin rapatnya fluk magnet.
12.
DAFTAR PUSTAKA.
1. 2. 3. 4.
Abdul Kadir “ Aus Searah “ Jakarta 1980. Jiri Lanmery and Milo S “ Eddy Current “ Clveland, Ohio; CRS Press 1966 Sen.S.K “ Rotating Electrical Machinary “ New Delly Khanna Publisher 1976. Tong Yuan Electrik Machinery Co & Ltd “,Catalouge of Variable Speed Motor” teco Limited 1980
13
