TUGAS AKHIR MEMODIFIKASI KOMPRESOR AC MENJADI KOMPRESOR CAT AIR BRUS Disusun Dan Diajukan Sebagai Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin Jenjang Pendidikan Strata Satu (S-1)
Disusun Oleh: NAMA : FAHRIZAL NIM
: 01302-021
JURUSAN TENIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007
ABSTRAK
Kompresor udara merupakan suatu alat yang sangat berguna dalam proses pengecatan yaitu dalam hal penyemprotan cat yang menyebar secara merata, di dalam dunia otomotif pengecatan sangat diperlukan apa lagi dengan hasil yang memuaskan, tentu saja dengan alat-alat yang mendukung. Salah satunya adalah kompresor udara. Kompresor udara dipasaran sangat banyak dan beragam jenisnya. Biasanya kompresor udara sekarang ini sudah menggunakan komponen-komponen yang sangat canggih, dan dengan harga yang relatif tinggi, bentuk sangat besar dan berat. Berdasarkan prinsip ini penulis berinisatif untuk mendisain kompresor dengan harga yang cukup terjangkau, bentuk yang sederhana dan memanfaatkan barang – barang bekas layak pakai. Di dalam perancangan kompresor ini saya menggunakan kompresor AC, yang digunakan sebagai penggerak utama pada alat tersebut, kompresor yang dipakai adalah kompresor tipe crank. Tabung yang dipakai adalah tabung refrigerant yang digunakan sebagai penampung udara, tabung ini juga dilengkapi dengan pressure gauge. Tekanan dalam kompresor harus diatur atau disetel yaitu dengan menggunakan otomatis switch. Pipa tembaga sebagai penghubung kompresor dengan tabung, teknik pemasangan ini biasanya disebut pemipaan. Cara kerja dari kompresor tersebut, apabila motor AC diberi arus berasal dari kontak power suplay, maka motor tersebut bekerja dan mulai memproduksi angin, yang kemudian disalurkan pada pipa tembaga kedalam tabung dengan tekanan maksimal, setelah itu otomatis switch akan bekerja yang langsung memutuskan arus yang masuk kedalam motor AC. Jika angin didalam tabung telah berkurang sehingga tekanannya menurun maka motor AC akan bekerja kembali dan menghasilkan angin. Kompresor dapat bekerja pada tekanan maksimal 40 bar dan dapat digunakan untuk pekerjaan yang menggunakan tekanan angin dibawah 40 bar, seperti pengecatan airbrush.
DAFTAR NOTASI (NOMEN CLATURE
Simbul
Keterangan
Satuan
D
Diameter tabung
mm
De
Diameter luar
mm
Di
Diameter dalam
mm
E
Modulus elastisitas
Kg/mm
F
Frekuensi
Hz
F1
Gaya tegangan awal
N
Hs
Tebal tabung
mm
FB
Resultan gaya pada baut
-
Mmax
Momen lentur maksimum
N/mm2
Mp
Momen puntir
N. mm
N
Kecepatan putaran
Rpm
P1
Tekanan maksimum yang di izinkan
N/mm2
Pmax
Tekanan maksimum yang tejadi
N/mm2
I
Panjang
mm
J
Momen inersia sudut dari panampang
mm4
Vn
Volume udara yang diisap
m3/det
Kompresor tiap satuan waktu τ
Tegangan geser yang diizinkan
N/mm2
λ
Derajat penyerahan isi
-
σΣ`
Tegangan lentur yang diizinkan
N/mm2
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah Pada proses pengecatan banyak alat – alat yang dibutuhkan antara lain adalah kompresor udara. Kompresor udara yang ada saat ini banyak bermunculan dipasaran dengan harga yang cukup tinggi. Pada kompresor terdapat komponen utama antara lain: tabung kompresor, motor bakar, selang, indikator udara, dan beberapa silinder penghisap udara yang digerakkan dengan puli. Maka dalam hal ini kami mencoba membuat kompresor udara dengan memodifikasi hampir keseluruhan dimaksudkan untuk mengurangi biaya pembuatan kompresor tersebut. Maka kami memodifikasi tabung dan penghisap udara. Tabung kompresor menggunakan tabung gas elpiji yang sudah dimodifikas, sebagai penghisap udara menggunakan kompresor AC. Kedua komponen ini dimaksudkan agar benda yang kami buat sederhana dan tidak memakan banyak tempat. Dari uraian diatas, maka penulis akan membahas bagai mana caranya “Memodi Fikasi Kompresor AC Menjadi Kompresor Cat Air Brush”. Dengan memanfaatkan alat-alat yang sangat sederhana, dan memakan biaya yang tidak terlalu banyak.
2 B. Pembatasan Masalah Banyaknya bahan kajian dari kompresor udara itu sendiri serta berbagai jenis material yang digunakan pada proses pembautan tabung kompresor, serta adanya keterbatasan waktu pengetahuan, sehingga pada kegiatan tugas akhir ini penulis membatasi ruang lingkup permasalahan. Yaitu sistem kerja. Dalam permasalahan ini penulis membahas mengenai sistem kerja pada alat kompresor udara.
C. Tujuan Penulisan Bahwasannya pada akhir pembuatan suatu alat, mahasiswa harus membuat sebuah laporan hasil pembuatan alat pada mata kuliah tugas akhir. Adapun tujuan penulisan laporan ini adalah sebagai berikut: 1. Memenuhi persyaratan mata kuliah tugas akhir program studi Strata Satu Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, Universitas Mercu Buana. 2. Menginformasikan hasil pembuatan alat mesin kompresor udara. 3. Untuk mendeskrifsikan manfaat, system kerja dalam kompresor udara.
D. Metodologi Penulisan Metodologi penyusunan laporan tugas akhir ini baik hal – hal yang menyangkut alat, maupun bahan kajian tentang system kerja alat kompresor udara diperoleh melalui tiga metode yaitu: 1.
Metode Studi Keperpustakaan
3 Metode ini dilakukan untuk mempelajari literature – literature yang berhubungan dengan pokok permasalahan. 2.
Metode Observasi Dalam membuat alat kompresor udara, penulis dapat memperoleh data – data secara langsung terhadap proses kerja, bahan material yang digunakan, serta berbagai contoh alat – alat yang digunakan pada mesin kompresor udara.
3.
Metode Perancangan Produk. Metode ini dilakukan berawal dari kebutuhan manusia akan produk sampai diselesaikannya gambar dan dokumen hasil rancangan yang dipakai sebagai dasar pembuatan produk. Dalam metode ini merancang produk dapat dilakukan dengan memodifikasi sedikit sesuai dengan keperluan yang dihadapi dalam rancangan.
E. Kegunaan Alat Dari hasil penelitian diharapkan alat kompresor sederhana dengan menggunakan kompresor AC sehingga dapat bermanfaat bagi masyarakat diantaranya: 1. Membantu proses pengecetan dengan cara Air brush 2. Efesiensi waktu, tenaga kerja serta biaya yang dikeluarkan 3. Meningkatkan motivasi mehasiswa Fakultas Teknik Umumnya Teknik Mesin Fakultas Teknik Unuversitas Mercu Buana. Khususnya untuk mempelajari, mengembangkan komponen elektronika dan menguasai dalam pembuatan mesin dengan menggunakan komponen – komponen elektronika.
4 F. Sistematika Penulisan Dalam sistematika penulisan laporan Tugas Akhir, akan dilaporkan hasil kerja pembuatan alat kompresor udara yang menjadi beberapa bab yang nantinya setiap bab tersendiri untuk menjelaskan laporan Tugas Akhir ini secara menyeluruh. Adapun sistematika penulisan adalah sebagai berikut : BAB I
PENDAHULUAN Membahas tentang Latar Belakang Masalah, Pembatasan Masalah, Tujuan Penulisan, Metodologi Penulisan dan Sistematika Penulisan.
BAB II
DASAR TEORI Membahas tentang Teori Dasar alat kompresor udara
BAB III
PEMBAHASAN Bab ini menjelaskan mengenai sistem kerja kompresor udara.
BAB IV
PEMBAHASAN KOMPONEN KOMPRESOR SEDERHANA Bab ini berisi tentang komponen kompresor dan cara kerjanya.
BAB V
PERHITUNGAN
RENDEMEN
MOTOR,
TORSI
DAN
TEGANGAN TARIK PADA TABUNG. Bab ini berisi tetang perhitungan pada kompresor. BAB VI
PENUTUP Berisi tentang Kesimpulan dan Saran yang dapat diberikan dalam pembuatan alat kompresor sederhana.
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR RIWAYAT HIDUP
5
Bab II Dasar Teori
2.1 Teori Dasar Kompresor Udara kompresor udara merupakan suatu alat yang sangat berguna dalam proses pengecetan yaitu dalam hal penyemprotan cat yang menyebar secara merata. Kompresor udara dipasaran sangat banyak dan beragam jenisnya, biasanya kebanyakan kompresor udara sekarang ini sudah menggunakan komponen – komponen udara yang sangat canggih. Berdasarkan prinsip ini kami berinisiatif untuk mendisain ulang tabung kompresor udara sehingga berubah dengan menggunakan tabung gas elpiji yang lebih kecil dalam hal ukuran. Sebagai komponen penggerak digunakan kompresor AC. 2. 1. 1. Definisi Kompresor Udara kompresor udara adalah suatu alat yang digunakan dalam proses pengecatan. Cara kerja dari kompresor biasanya adalah dalam atas tabung diberi motor penggerak berupa motor bakar yang dihubungkan pada puli dengan menggunakan sabuk sebagai perantara. 2. 1. 2. Karakteristik Kompresor Udara pemilihan komponen pendukung kompresor haruslah hati – hati mengingat kompresor yang kami buat adalah kompresor sederhana.
6 2. 1. 3. Karakteristik Bahan yang Digunakan kompresor udara pada dasarnya bekerja hanya untuk merubah bentuk dari bentuk yang sangat padat menjadi bentuk yang dikehendaki yaitu dengan mengurangi volume maupun merubah dari bentuk awal menjadi bentuk yang dikehendaki.
2. 2. Tekanan (Presure) Besarnya gaya yang bekerja pada satuan luas di bidang tersebut tekanan. Tekanan=
Gaya tekan Luas bidang tekan
satuannya= kgf/m2. gf/cm2, lb/in2
Satuan tekanan dalam system MKS= pascal (Pa) dan yang lebih besar kilo pascal (kPa). 1 pascal (Pa)= tekanan 1 newton (N) pada luas 1 meter= 1 N/m2 (Ref:Handoko K. “Teknik Lemari Es”) Semua benda padat, cair dan gas mempunyai tekanan. Benda padat memberikan tekanan kepada benda lain yang menunjangnya. Misalnya kaki lemari es memberikan tekanan kepada lantai. Cairan di dalam bejana memberikan tekanan kepada diding dan alas bejana. Gas di dalam tabung memberikan tekanan kepada tabung. Tekanan gas dalam tabung dipengaruhi oleh suhu dan jumlah gasnya. Kerja suatu kompresor sebagin besar tergantung dari perpedaan tekanan di dalam system. Kita harus mengerti arti macam-macam tekanan yang berhubungan dengan tekanan yang ada dalam tabung kompresor.
7 Tekanan tersebut ada tiga macam. 1. Tekanan atmosfir. 2. Tekanan manometer. 3. Tekanan absolute atau mutlak.
2. 2. 1. Tekanan atmosfir (Atmospheric pressur) Udara mempunyai berat karena ditarik oleh gaya tarik bumi. Berat ini menyebabakan suatu tekanan yang menuju ke segala arah dan disebut tekanan atmosfir. Makin tinggi dari permukaan bumi lapisan udara makin tipis. Hal ini disebabakan karena gaya tarik bumi makin tinggi makain berkurang . Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara. Besarnya tekanan antmosfir dapat diketehui dengan barometer (air) raksa. Sebagian standar tekanan atmosfir diambil tekanan pada permukaan air laut. 1 atmosfir (atm) pada barometer (air) raksa tinggi 760 mm= 29,92 inci.
8 Tekanan satu atmosfir =
76
cm Hg pada 00C
=
760
mm Hg pada 00C
=
760
torr
=
1033,3
= =
1,033 10333
gf/cm2 kgf/cm2 kgf/m2
= 1013250
dyne/cm2
= 101325
N/m2 (Pa)
=
101,325
kilo pascal (kPa)
=
1,013
=
29,921
inch Hg pada 00C
=
0
psig
bar
lb/in2(psi)
=
14,696
=
2116,35
=
33,94
feet air
=
10,33
meter air
lb/ft2
Gb 2.1 Baro meter (air) raksa Pada setiap ketinggian tertentu, tekanan atmosfir tidak sama besarnya. Setiap kenaikan 10 meter dari permukaan laut, (air) air raksa dalam tabung baro meter akan turun rata-rata 1 mm. Di atas gunung yang sangat tingginya 3000 meter, barometer akan menunjukan takanan 706-300= 460 mm. Makin tinggi kita naik gungung, makin berkurang tekanan atmosfir yang akan kita alami. Sebaliknya makindalam kita menyelam ke dalam laut, tekanan yang kita alami makin besar, karena kita alami tekanan atmosfir ditambah tekana air. Tekanan yang kurang dari 1 atmosfir disebut vakum sebagian. Tekanan yang sudah tidak dapat diturunkan lagi adalah vakum 100%= vakum 1 atmosfir= 0 pascal (Pa)= 0 mikron. Untuk mengukur satuan vakum, pascal (Pa) lebih banyak dipakai dari pada kilo pascal (kPa)
9 Vakum 100% pada permukaan air laut adalah sebesar: Tekanan manometer
Tekanan absolute
-760
atau 0 mm Hg (torr)
-
mm Hg
1,033 kg/cm2
atau 0 kg/cm2
- 29,92 inch Hg
atau 0 inch Hg
- 14,696 psi
atau 0 psia
- 101,325 kPa
atau 0 pascal (Pa)
2. 2. 2. Tekanan manometer (Gauge pressure) Manometer adalah alat untuk mengukur tekanan uap air dalam ketel uap atau tekanan gas dalam tabung. Tekanan yang ditunjukan oleh jarum manometer disebut tekanan manometer. Sebagian standar tekanan manometer: tekanan atmosfir pada permukaan laut diambil sebagai 0, dengan satuan kg/cm2 atau psig. Jadi pada permukaan air laut: tekanan atmosfir 1,033 kg/cm2= 0 kg/cm2 tekanan manometer.
2. 2. 3. Tekanan absolute (Absolut Pressure) Tekanan absolute adalah tekanan yang sesungguhnya. Jumlah tekanan manometer dan tekanan atmosfir pada setiap saat di sebut tekanan absolut. Titik 0 pada tekanan absolute adalah vakum 100% atau tidak ada tekanan sama sekali= 0 pascal= 0 psia. Tekanan 1 atmosfir pada tekanan absolute adalah 1,033 kg/cm2= 14,696 psia= 101,3 kPa. Tekanan absolut= Tekanan manometer + Tekanan atmosfir
10 2. 3. Hubungan Suhu dan Tekanan Umumnya benda-benda dalam wujut padat, cair maupun gas jika dipanasi, gerak molekul-molekulnya menjadi lebih kuat dan volumenya mengembung. Jika mengembungnya dibatasi, akan timbil gaya yang besar dari benda dalam usahanya untuk mengembang. Makin besar panas yang diberikan, makin besar panas yang ditimbulkan. Tekanan tersebut dapat diukur dengan manometer. Makin rendah tekanan pada permukan cairan, makin rendah titik didih cairan itu. Hal ini pun berlaku untuk bahan pendingin di dalam evapolator. Makin rendah tekan diatas permukaan bahan pendingin, makin rendah titik didihnya, sehingga suhu evaporator juga menjadi makinlebih rendah.
2. 3. Kompresor Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan tekanan dari udara yang masuk, agar proses pembakaran di dalam ruang bakar dapat berlangsung mendekati sempurna. Ada 2 (dua) jenis kompresor yang digunakan, yaitu: 1. Kompresor Aksial terdiri dari sudu yang berputar (rotor) dan sudu yang tetap (stator). Satu tingkat kompresor aksial adalah satu rotor dan satu stator. Semakin banyak kompresor, makin tinggi rasio kompresinya. Kompresor aksial menaikan tekanan udara
secara aksial, dimana sudu
yang berputa membelokan udara sehingga tekanannya naik, dan sudu yang tetap berfungsi menurunkan kecepatan aliran udara sehingga tekanannya semakin baik.
11
Gb. 2. 1. Kompresor Aliran Aksial 2. Kompresor sentrifugal, pada kompresor ini impeller berputar pada kecepatan tinggi dan udara masuk ke pusat impeller. Gaya sentrifugal menyebabkan udara keluar secara radial sehingga tekanan menjadi naik. Energi kinetic berubah menjadi energi bertekanan
pada saat udara
meninggalkan impeller melalui diffuser. Keuntungan dari kompresor ini adalah rasio kompresi yang lebih besar dan kerugiannya adalah bentknya yang terlalu besar
sehingga sulit untuk diaplikasikan mesin pesawat
terbang.
Gb. 2.3. Kompresor Aliran Aksial
12 2. 4. Azas Kompresor Jika suatu gas di dalam ruangan tertutup diperkecil volumenya, maka gas akan mengalami
kompresi, kompresor yang menggunakan azas ini disebut
kompresor perpindahan (displacement). Dalam hal ini
akan direncanakan
kompresor torak dengan penggolongan klasifikasi sebagai berikut satu tingkat, kerja tunggal dan silinder tegak. a. Komprsor positif dimana udara dihisap masuk kedalam silinder malalui katup hisap (katup masuk) terjadi karna adanya gerak torak ke bawah yang merubah tekanan
ruang silinder kompresor menjadi ekan negative
(dibawah tekanan antmosfir). b. Udara tersebut dimanpatkan atau dikompresikan sehingga tekanan naik, dengan cara memperkecil volume ruang silinder (torak bergerak kebawah). c. Setelah itu udara tersebut akan dikeluarkan dari kompresor malalui katupkatup luar dengan tekanan tertentu. Langkah-langkah tersebut dilakukan berkali-kali oleh kompresor sehingga membentuk suatu siklus langkah kerja. Kompresor adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi tekan dngan cara memanpatkan fliuda atau udara dalam suatu ruangan tertutup sehingga mencapai suatu yang diinginkan. Penempatan di sini berbeda dengan menempatkan zat padat, gas atau udara dapat menempatkan ruangan bentuk apa saja serta dapat mengalir kesegala arah, dan selain itu juga udara dalam hukum pascal di mana jika tekanan yang dikenakan
13 pada fluida atau udara didalam ruangan tertutup akan diteruskan kesegala arah dengan arah besarnya yang sama dan azas ini tidak berlaku pada zat padat.
σ2
P2 Jika harga-harga (untuk zat padat), (untuk zat cair) dan PK (untuk 2E 2k gas). Dimana: σ= tegangan tekan E= modulus elastisitas P= tekanan zat cair P= kenaiakan tekanan gas padat pada poros pemampatan. K= modulus dari fluida K= cp/cv dari gas yang bersangkutan. Apakah harga-harga tersebut dibandingkan, dan ternyata bahwa harga untuk gas jauh lebih besar dari pada zat padat maupun zat cair. Jadi gas mempunyai kemampuan besar untuk menyimpan energi persatuan volume dengan kenaikan tekanannya. Energi yang didalam gas atau dalam suatu bejana tertutup dapat disalurkan, dan dibandingkan melalui pipa-pipa kesegala arah sesuai dengan kebutuhan dan selain keuntungan diatas, maka perlu diperhatikan kenaikan temperatur disaat pemampatan, pendinmginan, disaat pemuaian dan kebocoran yang mungkin terjadi pada katup dan kesemua ini harus diatasi dengan baik.
2. 5. Cara Kerja Kompresor Bila poros engkol berputar dalam arah panah, maka torak akan bergerak kebawah oleh tariakan engkol. Maka akan terjadi tekanan (dibawah tekanan atmosfir/didalam silinder). Dan katup hisap terbuka akibat perbedaan tekanan.
14 Bila torak bergerak dari titik mati bawah ketitik mati atas, katup hisap akan tertutup dan udara silinder dimanfatkan. Bila torak bergerak keatas, tekanan didalam silinder naik, maka katup keluar oleh tekanan udara/gas tersebut akan keluar. Kompresor torak didalam silinder menekan dan mengeluarkan, serta menghisap gas atau udara, secara berulang kali. Torak digerakan oleh motor yang melalui poros engkol. Katup hisap dan katup keluar dipasang pada silinder sebagai pintu keluar masuknya gas atau udara. Kompresor torak ini system kerjanya adalah single acting (kerja tunggal).
2. 6. Penggunaan dan Pemeliharaan Kompresor Dalam pekerjaan kontuksi, kompresor digunakan sebagai “pelayanan” untuk alat-alatyang menggunakan tenaga gas atau udara beberapa contoh penggunaan kompresor diantaranya adalah: 1. Untuk pengoprasian hand tools Memotong dengan gergaji rantai atau piringan (tapi sekarang ini menggunakan tenaga listrik). Mengebor lubang pada kayu. Mengebor pada batu atau material yang dapat dipecahkan. Menggali sticky material, missal tanah liat. 2. Untuk mengalirkan cairan yang mengandung pertikel kecil lewat pipa-pipa seperti semen, pasir halus kering, dan bahan campuran lainnya. 3. Untuk pengoprasian pompa stripugal.
15 4. Sebagai tenaga angkat yang merupakan tenaga otomatus. 5. Untuk mencapur dan menyemprotkan material halus cat. Dalam setiap penggunaan kompresor untuk suatu pekerjaan perlu dipilih kompresor yang sesuai dengan pekerjaan tersebut, tetapi hal ini biasanya dibatasi oleh hal-hal tersebut sebagai berikut: 1. Peralatan yang dipakai, membatasi kapasitas kompresor yang dipakai. 2. Volume udara yang dibutuhkan. Perlu untuk melayani peralatan tersebut pada (kemampuan/kapasitas kompresor). 3. Dalam mengatur tekanan kompresor yang diperlukan, perlu diingat bahwa kehilangan tekanan dalam slang langsung pada panjangnya. Dan berbanding terbalik dengan luas penampang slang atau pipa. 4. Tekanan udara yang diinginkan untuk pengoprasian alat otomatis harus dihitung terhadap kehilangan tekanan pada alat-alat penampang slang atau pipa. 5. Tekanan udara yang dinginkan untuk pengoprasian alat otomatis harus dihitung terhadap kehilangan tekana pada alat-alat penampang slang atau pipa. 6. Jangkauwan tekanan yang diizinkan pada kompresor, untuk pengoprasian alat otomatis yang bersangkutan. 7. Diversity facror (factor pembagian) untuk beberapa alat otomatis alat yang digunakan. 8. Ukuran kompresor untuk penampang udara, dengan memperhatikan beberapa factor.
16 2. 7. Ruang Bakar (Combustion Chamber) Ruang bakar berfungsi sebagai tempat terjadinya proses pembakaran campuran udara bertekanan dari kompresor dengan bahan bakar dan mengalirkan gas hasil pembakaran tersebut ke turbin dengan suhu yang merata. Adapun syaratsyarat ruang bakar, antara lain: Mengahasilkan karbon pada bahan bakar dan dinging
ruang bakar
seminimal mungkin. Menjamin terjadinya pembakaran sempurna pada berbagai kondisi. Menghindari terjadinya kejutan panas pada diding ruang bakar. Dapat mengatur temperatur yang homogen. Dapat mengatur tekanan yang konstan. Ruang bakar terbagi atas 3 (tiga), yaitu: tipe can, tipe annular, dan tipe can-annular. Perbedaan dari tiga tipe tersebut adalah pada konstruksinya sedangkan cara kerjanya sama, hanya berbeda pada besar daya yang dihasilkan . Dan tipe yang Annular. Udara yang masuk ke dalam ruangan bakar dibagi menjadi dua bagian utama, yaitu: Udara Primer Udara ini ke dalam ruang bakar untuk membentuk campuran udara bahan bakar stoikiometri yang mudah dibakar.
17 Udara Sekuler Udara ini merupakan udara sisa berfungsi untuk menyempurnakan proses pembakaran,
mendinginkan ruang bakar dan menurunkan
temperatur
pembakaran . Berdasarkan pembagian tersebut maka ruang bakar dibagi menjadi 2 bagian utama, yaitu: daerah pembakaran dan daerah pencampuran.
2. 8. Macam-macam Kompresor Macam-macam kompresor yang kita kenal, dilihat dari cara kerjanya adalah: 1. Type positive displament (tipe torak) Prinsipnya seperti pompa sepeda, dengan gerakannya berturut-turut memanpatkan udara, kemudian hasilnya disimpan. Dalam tabung silindir yang tertutup, Hanya saja didalam kontruksi memerlukan kapasitas yang besar, sehingga tidak mingkin dilaksanakan
secara manual, cara
pemampatan ini dilakukan secara mekanis. Yang masuk kedalam tipe ini adalah: a. Reciprocating Compresor (kompresor bolak-balik) b. Rotary Compresor (kompresor rotari) 2. Compresor “dynamic type” (tipe dinamis) Kompresor ini mamakai prinsip dynamic speet (kecepatan tinggi) dari gerakan-gerakan putaran putaran sudu-sudu (venes) atau imperer, udara yang berhasil dimampatkannya disimpandalam tabung tertutup.
18 3. Reciprocating Air Compressor (Kompresor udara tipe “reciprocating” atau tipe bolak-balik) Dalam tipe ini, udara dimampatkan oleh gerakan “resipkasi” (bolak-balik), yang dihasilkan oleh piston (torak) pada engkol dan connecting rod (batang penghubung) yang dihubungkan dengan mesin. Pengendalian operasi pemampatan udara dilakukan oleh katup/kelep-kelep (cheek valve) yang memungkinkan udara hanya melewati satu arah saja. Gerakan pisto menjauhi “isi ujung” pada silinder akibat gerakan ini katup hisap (suction valve) terbuka dan udara mengalir mengisi silinder, selanjutnya gerakan piston mendekati/menuju “sisi ujung”, maka katup hisap dan katup isi akan tertutup, sedangkan katup pistonakan membuka demikian seterusnya. 4. Rotari Comopresor Seperti halnya Reciprocating Compressor, masih tipe positive displacement adalah Rotari Compressor, adapun perbedaan utama dari keduanya adalah, Reciprocating Compressor menggunakan piston sebagai alat pemampat udaranya, maka rotary Compressor menggunakan putaran baling-baling (impeller) ataupun putaran ulir (screw). Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut: Rotor yang berbentuk silinder yang dipasang
eksentrik dalam sebuah
tabung yang ukuran/diameternya lebih besar dari rotor tersebut. Pada rotor ini dipasang vanes (sudu-sudu) pada alur-alur yang ada pada rotor tersebut, sehingga sudu-sudu ini dapat tertekan masuk kedalam alur, dan gaya setrifugal yang diakibatkan oleh putaran rotor-rotor, maka vane ini
19 keluar dari alur dan mengenai dinding silinder, karena letak rotor-rotor yang eksentris ini, maka dapat mengerti bahwa volume udara yang tertatangkap makin kecil, sehingga mempunyai tekanan yang cukup besar, pada waktu melewati air outlet tekanannya terbesar. 5. Screw Compressor Sebenarnya screw kompressor masih termasuk kedalam rotor kompressor, hanya pada screw kompresor tidak menggunakan sayap-sayap tetapi memakai ulir (screw). Kontruksinya terdiri atas dua rotor male rotor (rotor jantan) dan female rotor (rotor betina) sayap rotor betina terdiri atas kepingan-kepingan yang membentuk alur melilit sepanjang rotor, demikian sebaliknya dengan male rotor, sehingga antara rotor ini ada jalinan sepanjang silinder ulir. Jumlah alur pada male rotor empat dan pada female rotor ada 6 (enam). Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut: Male rotor langsung diputarkan oleh mesin pada female ikut berputar, sayap female rotor menyinggung diding
casing (rumah rotor) dan udara
terperangkap pada ruang ini (alur rotor pada casing), udara ini terdorong ke dalam exhaust (pipa tekan).
20
BAB III PEMBAHASAN
3. 1. Komponen Utama Alat Kompresor Sederhana Pada alat kompresor sederhana yang kami buat menggunakan beberapa komponen utama antara lain: 1. Kompresor AC Kompresor AC disini digunakan sebagai penggerak utama pada alat tersebut. Kompresor yang dipakai adalah kompresor AC tipe crank. Didalam tipe reciprocating putaran crank shaft diubah menjadi putaran bolak balik. 2. Tabung Refrigerant Tabung refrigerant digunakan sebagai tempat penampungan udara. Tabung ini juga dilengkapi dengan pressure gauge. 3. Otomatis Switch Otomatis switch digunakan sebagai pengaman sekaligus indicator udara pada tabung. Alat ini bekerja apabila tekanan didalam tabung berlebih alat ini akan memberhentikan putaran kompresor. 4. Selang Selang digunakan untuk pengecetan yang dihubungkan dengan spray gun. 5. Pipa Tembaga Pipa tembaga digunakan sebagai media penghubung antara kompresor dengan tabung. Teknik pemasangan pipa ini biasa disebut pemipaan.
21 6. Pressure Gauge Pressure gauge dipasang pada tabung kompresor. Alat ini berfungsi sebagai indikator tekanan udara yang dapat ditampung oleh tabung kompresor.
3. 2. Cara Kerja Kompresor Apabila motor AC diberi arus berasal dari kontak power supplay, maka motor tersebut bekerja dan mulai memproduksi angin, yang kemudian disalurkan pada pipa tembaga ke tabung yang mana tabungnya berasal dari tabung pompa, setelah tekanan maksimal tercapai (20 Psi) maka switch otomatis akan bekerja yang langsung memutuskan arus yang masuk ke motor AC. Jika angin didalam tabung telah terpakai sehingga tekanannya menurun maka motor AC akan bekerja kembali dan mengahasilkan angin. Pada waktu pembongkaran dan perakitan kembali perlu diperhatikan hal-hal berikut ini: 1) Sebelum pembongkaran atau perbaikan dilakukan listrik harus dimatikan dari tombolnya, dan udara yang masih tersisa dalam tangki harus dibuang habis. 2) Bagian – bagian yang dibongkar harus diletakkan didalam kotak atau kertas secara berurutan untuk memudahkan didalam perakitan. 3) Paking atau cincin yang rusak harus diganti 4) Jika pencucian dilakukan dengan minyak yang mudah menguap, bagian – bagian komponennya harus dikeringkan sebelum dipasang. 5) Torak, katup, silinder dan bagian – bagian lain yang saling meluncur harus diperlakukan secara hati – hati tanpa merusaknya.
22 6) Pada waktu memasang kembali lumurkan terlebih dahulu minyak pelumas yang sesuai pada permukaan – permukaan yang meluncur.
3. 3. Penentuan Spesifikasi Kompresor Dalam spesifikasi kompresor, maka yang terpenting adalah laju volume gas yang dikeluarkan serta tekanan kerjanya. Untuk dapat memilih sebuah kompresor udara bagi sebuah keperluan harus terlebih dahulu diketauhi jumlah udara dan tekanan yang diperlukan oleh peralataan yang akan dilayaninya .jika kebutuhaan tersebut ditentukan dengan benar, maka kompresor yang dibeli terlalu kecil sehingga tidak berguna atau terlalu besar sehingga menimbulkan pemborosan. Dalam menentukan spesifikasi kompresor ada beberapa hal yang harus diperhatikan antara lain: 1. Persyaratan Dalam Pembelian Kompresor Dalam pembelian sebuah kompresor, perlu dikemukakan dengan jelas persyaratan berikut ini: -
Maksud penggunaan kompresor
-
Tekanan isap
-
Tekanan keluar
-
Jenis dan sifat gas yang ditangani
-
Temperatur dan kelembaban gas
-
Sumber tenaga
-
Kondisi dan lingkungan tempat instalasi
-
Cara pendinginan
23 2. Kapasitas Pada kompresor torak, angka kapasitas atau volume yang tertulis dalam catalog menyatakan perpindahan torak dan bukan laju volume yang dihasilkan. Apabila kompresor diopersikan pada kapasitas atau beban yang lebih randah, maka efesiensinya akan menurun. Karena itu pemilihan kapasitas kompresor harus dilakukan sedemikian rupa hingga dalam pemakaiannya nanti dapat diopersikan disekitar titik normal 3. Tekanan Dalam menentukan tekanan kompresor yang diperlukan harus diingat bahwa gas atau udara harus disalurkan ke tangki tekan dan peralatan yang memerlukannya. Karena itu besarnya tekanan kompresor harus diambil sama dengan tekanan yang diperlukan oleh peralatan yang bersangkutan ditambah dengan kerugian tekanan di pendinginan akhir dan pipa – pipa penyalur.
3. 4. Pengelasan 1. Definisi Pengelasan Pengelasan adalah suatu proses penyambungan
logam dimana logam
menjadi panas dengan atau tampa pengaruh tekanan, atau dapat juga didefinisikan sebagai ikatan metalurgi yang ditimbulkan oleh gaya tarik menarik antara atom. Sebelom atom-atom tersebut membentuk ikatan, permukaan yang menjadi suatu perlu terbebas dari gas yang terserap atau oksida-oksida. Bila dua permukaan yang rata dan bersih ditekan, beberapa kristal akan tertekan dan bersinggugan. Bila
24 tekanan terbesar di daerah ini bertambah luas. Batas antara dua permukaan kristal akan menjadi satu dan terjadilah sambungan, proses ini di sebut pengelasan dingin. Bila disamping tekanan, permukaan tadi dipanaskan pula, kedua permukaan tadi akan melebur dan terjadilah sambungan las. Semakin tinggi suhu, keuletan logam induk akan bertambah dan difusi atom akan bertambah cepat. Bahan baku logam pada permukaan melunak dan akan pecah atau hancur perubahan plastik logam induk. Sambungan dibawah pengaruh panas dan tekanan lebih efisien, namun kekuatannya ditentukan oleh ikatan antara atom.
2. Jenis-jenis Pengelasan Berbagai proses pengelasan telah dikembangkan, tergantung pada cara pemanasan dan peralatan yang digunakan. Proses Pengelasan: a. Pengelasan patri b. Pengelasan tempa c. Pengelasan gas d. Pengelasan tahanan e. Pengelasan induksi f. Pengelasan busur g. Pengelasan elektron h. Pengelasan laser i. Pengelasan gesekan j. Pengelasan air
25 k. Pengelasan dingin l. Pengelasan celup Berdasarkan cara kerjanya, pengelasan dibagi menjadi tiga kelas utama, yaitu: 1) Pengelasan cair adalah cara pengelasan dimana sambungan dipanaskan sampai mencair dengan sumber panas dari busur listrik atau semburan api yang terbakar. 2) Pengelasan tekan adalah cara pengelasan dimana sambungan dipanaskan dan kemudian ditekan hingga menjadi satu. 3) Pematriam adalah cara pengelasan
dimana sambumngan diikat dan
disatukan dengan menggunakan paduan logam yang mempunyai titik cair rendah. Dalam cara ini logam induk tidak ikut terbakar.
3. Las Busur Listrik Cara pengelasan yang sering digunakan
dalam praktek
dan termasuk
kalasifikasi las busur listrik adalah: las elektroda terbungkus, las busur dengan pelindung gas, dan las busur dengan pelindung bukan gas. a. Las Elektroda Terbungkus. Las elektroda terbungkus digunakan
dengan menggunakan
kawat
elektroda logam yang terbungkus dengan fluks. Dalam gambar dibawah ini, dapat dilihat dengan jelas bahwa busur listrik terbentuk diantara logam induk dan ujung elektroda. Karena panas dari busur ini maka logam induk
26 dan ujung elektroda. Karena panas dari busur ini maka logam induk dan ujung elektroda tersebut mencair dan kemudian membeku bersama. Proses pemindahan logam elektroda terjadi pada
saat ujung elektroda
mencair dan membentuk butiran-butiran yang terbawa oleh arus busur listrik yang terjadi. Bila digunakan arus listrik yang besar maka butiran logam cair yang terbawa menjadi halus seperti terlihat pada gambar 2.4. (b).
Gambar 2. 4. (a)
Las Busur Dengan Logam
Gambar 2. 4. (b)
Pemindahan
Elektroda Terbungkus
b. Bahan Fluks. Didalam las elektroda terbungkus fluks memegang peranan penting karena fluks dapat bertindak sebagai: 1) Pemantapan busur dan penyebab kelancaran pemindahan butiranbutiran cairan logam. 2) Sumber terak atau gas yang dapat terlindungi logam cair terhadap udara disekitarnya. 3) Pengaturan penggunaan. 4) Sumber unsur-unsur paduan. c. Busur Listrik dan Mesin Las. Dalam las elektroda terbungkus, busurnya ditimbulkan
dengan
menggunakan listrik arus bolak-balik (listrik AC) atau listrik searah (listrik
27 DC). Listrik AC lebih banyak digunakan karena mudah penggunaan dan sederhana perawatannya. Keunggulan penggunaan listrik DC adalah mantapnya busur yang ditimbulkan, sehingga sangat sesuai untuk pengelasan
plat-plat yang amat tipis dan juga dapat digerakan dengan
mudah motor-motor bakar. 4. Las Busur Gas a.
Klasifikasi Las busur gas biasanya dibagi dalam dua kelompok besar yaitu kelompok elektroda tak terumpan dan kelompok elektroda
terumpan.
Kelompok elektroda tak terumpan menggunakan batang wolfram sebagai elektroda yang dapat menghasilkan busur listrik tampa ikut mencair, sedangkan kelompok elektroda terumpan sebagai elektroda digunakan kawat las. Sketsa dalam kelompok ini ditunjukan dalam gambar 2. 5.
Gambar 2. 5. Las Busur Gas Kelompok elektroda terumpan dibagi dalam dua jenis berdasarkan kawat elektrodanya yaitu kawat elektroda pejal dan jenis kawat elektroda dengan inti fluks. Dalam kelompok ini digunakan dua macam gas pelindung yaitu gas mulia dan CO2.
28 b. Las Busur Hubungan Singkat Bila pengelasan busur CO2 dilaksanakan dengan menggunakan arus pengelasan yang sangat rendah, maka pemindahan butiran cairan logam dari ujung elektroda terjadi dengan melalui terjadinya hubungan singkat logam dengan logam induk. Pemindahan dengan cara ini disebut juga pemindahan hubungan singkat, dan cara pengelasannya disebut las busur hubungan singkat. Cara pengelasan ini banyak digunakan untuk pengelasan posisi tegak, posisi atas kapala, dan untuk pengelasan plat tipis. Kawat elektroda yang digunakan berdiameter antara 0,8 mm sampai 1,3 mm dan gas pelindungnya menggunakan campuran CO2-Ar atau gas CO2 murni. 5. Pengelasan Dengan Gas Pengelasan dengan gas dilakukan dengan membakar bahan bakar gas dengan O2 sehingga menghasilkan nyata api dengan suhu yang dapat mencairkan logam induk dan logam pengisi. Sebagai bahan bakar dapat digunakan gas-gas asetilin, propan dan hydrogen. Diantara ketiga bahan bakar ini yang paling banyak digunakan adalah gas asetilin, sehingga las pada umumnya diartikan sebagai las Oksigen-asetilen. Karena tidak memerlukan tenaga listrik, maka las oksi-asetilen banyak dipakai dilapangan walaupun pemakainnya tidak sebanyak pemakai las busur elektroda terbungkus. a) Nyala Oksi-asetilen Nyala hasil pembakaran dalam las oksi-asetilen dapat berubah tergantung dari perbandingan antara gas oksigen dan gas asetilen.
29 Dibawah ini dijelaskan lebih lanjut tentang nyata oksi-asetilen.
Gambar. 2. 6 Nyala Oksi-Asetilen 1. Nyala netral: nyala ini terjadi bila perbandingan antara oksigen dan asetilen sekitar satu. Nyala terdiri atas kerucut dalam yang berwarna putih bersinar dan kerucut luar yang berwarna biru bening. 2. Nyala asetilen lebih: bila asetilen yang digunakan melebihi dari pada jumlah untuk mendapat nyala netral maka diantara kerucut dalam dan luar akan timbul kerucut nyala baru yang berwarna biru. Didalam bagiannyal-nyala initerdapat kelebihan gas asetilen yang menyebabkan terjadinya karburisasi pada logam cair. 3. Nyala 0ksigen lebih: bila gas oksigen lebih dari pada jumlah yang diperlukan untuk menghasilkan nyala netral maka yalah menjadi ungu. Bila nyala ini digunakan intuk mengelas maka akan, terjadi proses oksidasi atau dekaburisasi pada logam cair.
30 Las Busur Elektroda Besaran Jenis Las
Las Oksi-asetilen Terbungkus
Efisiensi
Rendah (suhu 30000)
Tinggi (suhu 60000C)
Sipat mampu las
Kurang baik
Baik
Harga peralatan
Murah
Mahal
Harga bahan las
Sama
Sama
Keterampilan juru las
Sama
Sama
Penggunaan
Terbatas
Luas
Tabel 1. Perbandingan Penggunaan Las Oksi
Karena sifat yang dapat merubah komposisi logam maka nyala asetilen berlebih dan nyala oksigen berlebih tidak dapat digunakan untuk mengelas baja. Suhu dalam ujung kerucut dalam kira-kira 30000C dan ditegah kerucut kira-kira 25000C. Shuhu ini masih lebih rendah dari pada suhu yang terjadi busur listrik dan kontruksi suhu juga kurang baik. Karena hal ini maka las oksi-asetilen hanya dapat dipakai untuk mengelas dengan baja yang rendah saja sehingga terjadi perubahan bentuk pada hasil pengelasan. b) Penggunaan dan fluks yang diperlukan Pengelasan oksi-asetylen dapat digunakan untuk mengelas bermacammacam logam. Beberapa diantaranya ditunjukan dalam table 2. Kadangkadang dalam pengelasan oksi-asetilen dipergunakan juga fluks untuk memperbaiki sifat-sifat logam gas, derajat kecairan logam cair, menahan
31 perarutan gas atau biasanya adalah campuran antara borks serbuk gelas atau asam boric, boracks dan natrium posp. Logam Induk
Macam nyala api
Fluks
Logam Pengisi
Baja Karbon
Netral
Tidak perlu
Baja karbon rendah
Besi cor abu-abu
Netral
Perlu
Baja cor Abu-abu
Besi cor maliable
Oksida lemah
Perlu
Perunggu
Nikel
Karburasi
Perlu
Perunggu
Paduan Ni-Cu
Netral/karburasi
Tidak perlu
Nikel
Tembaga
Lemah
Tidak perlu
Monel
Perunggu
Netral
Perlu
Tembaga
Kuningan
Netral/Oksida
Perlu
Perunggu
lemah Tabel 2. Pengelasan logam Dengan Las Oksi-asetilen
c) Bahan Penambahan Bahan penambahan las ini lazim sisebut welding rod atau kawat batang las. Terdapat beberapa kawat las, yaitu: 1. Kawat las tampa salut (lapisan pelindung oksidasi) atau disebut bare welding rod. Jenis ini paling umumm dipakai, terutama jenis logam baja. 2. Kawat las dengan bersalut fluks atau biasa disebut fluks coated welding rod sangat baik untuk pengelasan pada baja, paduan baja dan besi tuang, mengigat bahwa las pada waktu mendinginkan
32 terlindungi keseluruhan permukaan oleh lapisan fluks sehingga tingkat oksidasi yang terjadi sangat kecil. 3. 5. Baut dan Mur Baut dan mur merupakan alat yang digunakan untuk menyambung atau mengikat bagian dua komponen yang dapat dilepas kembali atau kata lain mengikat komponen yang dapat dilepas kembali atau dengan kata lain mengikat komponen mesin untuk menghindari gesekan diantara sesamanya. Baut sendiri adalah baut penahan, baut penguat, baut penutup, baut tanam dan lain-lain. Mur merupakan pasangan dari baut yang fungsinya untuk mengencangkan dan menggabungkan dua atau lebih dari benda, mur dapat dibedakan bermacammacam seperti mur mahkota, mur flens dan lain-lain.
33
BAB IV PEMBAHASAN KOMPONEN KOMPRESOR SEDERHANA
4. 1. Perinsip Kerja Motor Listrik Prinsip kerja dapat mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Perubahan ini terjadi karena energi listrik dapat menjadi magnet, dan magnet dapat menimbulkan gerakan. Telah kita ketahui bahwa: Kutub-kutub magnet yang senama tolak-menolak dan kutub-kutub yang tidak sama tarik-menarik. Jika menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap. Kita akan memperoleh gerakan dari magnet seperti gambar dibawah ini.
Gambar. 4. 1. Magnet pada poros akan berputar jika ditaruh di antara medan magnet.
34 Batang magnet pada poros akan berputar sampai kutup U mendekat kekutup S dari magnet yang tetap, dan kutup S magnet pada poros yang berputar akan mendekat ke kutub U dari magnet yang tetap. Magnet yang dapat berputar disebut Rotor dan magnet yang tidak berputar disebut Stator. Kutup U dan kutub S dari magnet pada stator dapat diubah-ubah dengan mengubah arus listrik bolak-balik dari positif ke negatif secara elekromagnet atau magnet listrik.
Gambar 4. 2. Dengan mengubah aliran listrik pad stator, medan magnet juga akan berubah dan menyebabkan rotor berputar pada porosnya.
Waktu rotor pada kedudukan tegak, kutub U rotor ditarik oleh kutub S dari stator. Begitu pula kutub S rotor ditarik oleh kutub U dari stator, sehingga rotor dapat berputar, kedudukannyaberubah menjadi datar. Pada waktu kedudukan rotor sudah datar, arus listrik pada stator bertukar dari positif ke negatif.Polariatas dari stator berganti, sehingga kutub-kutub U dan S dari magnet juga berubah. Karena itu kutub U dari rotor berdekatan dengan kutub U dari stator, demikianjuga kutub S dari rotor berdekatan dengan kutub S dari stator. Kedua kutub yang senama ini akan saling tolak menolak, sehingga rotor terusberputar lagi sampai kedudukan tegak. Keadaan sekarang kembali seperti keadaan semula, kutub U dari rotor ditarik oleh kutub S stator yang tidak senama, shingga rotor dari kedudukan tegak terus berputar menjadi kedudukan datar. Pada saat itu kenbali terjadi perubahan
35 arus listrik. Terjadi perubahan kutub dari stator. Kutub yang senama saling saling tolak-menolak, sehingga rotor dapat terus-menerus berputar.
4. 2. Prinsip Kerja Motor Listrik Dua Kutub Motor listrik arus bolak-balik yang mempunyai dua kutub, prinsip kerjanya dapat diterangkan sebagai berikut:
Gambar. 4. 3. Motor dengan stator dua kutub
Waktu kutub dari rotor dan stator yang senama mendekat, mereka akan tolak-menolak, sehingga rotor berputar. Kutub S dari rotor naik ke atas, lalu ditarik oleh kutub U dari stator. Setelah kutub S Rotor mendekat kutub U dari stator, pada saat itu terjadi perubahan arus listrik dari positif ke negatif, sehingga kutub U dari stator berubah menjadi kutub S. Rotor sekali lagi didorong oleh kutub-kutub yang senama. Demikianlah terjadi terus-menerus sehingga rotor terus-menerus berputar. Jumlah putaran motor listrik dua kutub dapat diterangkan sebagai berukut: Dalam 1 periode terjadi dua perubahan: positif dan negatif. Pada listrik 50 Hz, terkadi 50 kali perubahan positif dan 50 kali negatif, atau 100 kali perubahan dalam satu detik. Rotor akan berputar ½ putaran atau 180 derajat dalam waktu ½ periode atau 1 perubahan. Jadi rotor akan berputar 1 putaran dalam waktu 1 periode. Untuk listrik dengan frekuensi 50 Hz dalam waktu 1 detik rotor akan berputar 50 putaran,
36 50 X 60= 3000 putaran per menit (ppm). Motor dengan dua kutub (3000 ppm) ini telah sangat popular pada motor hermatik untuk lemari es dan room air conditioner.
4. 3. Prinsip kerja motor listrik empat kutub Motor listrik arus bolak-balik yang mempunyai empat kutib, prinsip kerjanya dapat diterangkan sebagai berikut:
Gambar. 4. 4. Motor dengan stator empat kutub
Waktu kutub U rotor mendekat ke kutub S stator, pada stator terjadi perubahan arus listrik dari negatif ke positif sehingga kutub S dari stator berubah menjadi kutub U, maka kutub U rotor akan didorong berputar mendekat ke kutub S dari stator. Waktu kutub U rotor mendekat ke kutub S dari stator terjadi perubahan arus lagi. Kutub-kutub dari stator berubah lagi, sehingga rotor terus-menerus berputar. Jumlah putaran motor listrik empat kutub dapat dihitung sebagai berikut: Jika rotor berputar 1 putaran diperlukan waktu 2 periode atau 4 perubahan. Pada listrik 50 Hz, dalam waktu satu detik rotor berputar 25 putaran atau 25 X 60= 1500 rpm. Untuk listrik 60 Hz dalam 1 detik rotor berputar 30 putaran atau 30 X 60= 1800 ppm
37 Pada motor listrik biasanya ada slip ± 4 %, jadi jumlah putarannya berkurang, Sebenarnya motor dengan 3000 rpm, putarannya hanya tinggal 3000(4% X 3000)=2880 rpm dan yang 1500 rpm sebenarnya hanya tinggal 1440 rpm. Jumlah putaran motor listrik juga dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: n = Dimana:
120. f p
n= Jumlah putarab per menit (rpm) f= Frekuensi (Hz) p= Jumlah kutub pada atator, minimum 2 dan selalu genap 120= Tiap menit ada 60 detik x 2 kali perubahan dalan 1 periode.
Contoh: Sebuah motor listrik 2 kutub pada 50 Hz, jika slip 4%, n= n=
120. f 120. 50 = = 3000 rpm p 2
Terjadi slip 4%, jadi jumlah putarannya: n= 3000-(4%. 3000)=3000-120= 2880 rpm.
4. 4. Beberapa Macam Motor Listrik Motor listrik yang akan kita bahas adalah motor listrik yang banyak dipakai untuk alat-alat rumah tangga. Terutama untuk kompresor hermatik dam fan motor dari lemari es. Sesungguhnya motor listrik satu fase, 110 dan 220 volt, 50 dan 60 Hertz. Motor listrik satu fase untuk kompresor hermatik harus mempuyai daya gerak putar mula (starting torque) yang kuat dan efisiensi kerja yang baik. Kompresor hermatik mempunayai motor listrik dan kompresor yang berbeda di
38 dalam rumah yang tertutup rapat. Motor listrik mempumyai rotor yang menjadi satu dengan poros kompresor, maka jumlah putaran motor dan kompresor sama. Beberapa macam motor listrik satu fase: 1. Universal motor (motor umum). 2. Induction motor (motor induksi)] 3. Split-phase motor (Motor split-fase) 4. Capacitor motor (motor kapasitor) 5. Shaded pole motor 4. 5. Universal Motor Motor ini terdiri dari dua kumparan atau lilitan kawat tembaga yang berisolasi, yaitu kumparan stator (field winding) dan kumparan rotor (armature winding).
Gambar 4. 5. Motor universal
1. Stator
5. Pegas
2. Rotor
6. Arang
3. Daun kipas
7. Komutator
4. Baut
39 Rotor juga disebut anker atau sauh, terdiri dari plat-plat logam tipis yang disusun dan diberi isolasi sehingga terbentuk silinder. Pada silinder tersebut ada bagian-bagian logam yang belalur dan ada bagian yang menonjol ke luar. Pada bagian yang menonjol ke luar ini dililit kawat tembaga yang berisolasi, sehingga terbentuk kumparan-kumparan. Pada salah satu ujung dari silinder ada kumutator yang terdiri dari potongan–potongan tembaga yang di beri isolasi. Rotor, komutator dan poros merupakan satu kesatuan. Rotor ini biasanya dilengkapi dengan daun kipas yang di pasang pada poros, sehingga turut berputar. Aliran udara dari daun kipas tersebutdapat mendinginkan motor, agar tidak terlalu panas. Stator terdiri dari pelat-pelat besi tipis yang disusun rapid an mempunyai dua buah kumparan, masing-masing dililit dengan kawat tembaga yang berisolasi. Kumparan stator ini dihubungkan dengan komutator oleh dua buah arang (brush). Kedua arang ini ditekan oleh pegas, sehingga selalu menekan komutator, maka arus listrik dari kumparan stator dapat diterusakan
ke rotor melalui arang dan
komutator. Motor ini dapat dipakai dengan arus listrik searah (DC) atau arus listrik bolak-balik (AC). Pada umumnya diapakai untuk daya kecil dari 1/20-1/6 DK. Motornya ringan, satarnya kuat, maka banyak dipakai untuk: mesin bor, mixer, motor mesin jahit dan lain-lain. 4. 6. Induction Motor Motor induksi bekerja berdasarkan induksi antara rotor (armature) dan stator. Umunya motor listrik selelah berputar dengan kecepatan penuh, bekerja seperti motor induksi.
40 Rotor sangat sederhana, tidak mempunyai kumparan-kumparan, tidak memakai komutator dan arang, tetapi hanya terdiri dari inti besi yang berlapis-lapis membentuk silinder dan menjadi satu kesatuan dengan porosnya. Stator terdiri dari lapisan-lapisan pelat besi yang disusun sama tinggi degan rotor dan pada bagian dalam mempunyai banyak alur-alur yang diberi kumparan
kawat tembaga yang berisoalsi. Jika arus listrik mengalir melalui
kumparan kawat tersebut, maka maka intinya akan menjadi magnet. Magnet dari stator dapat menginduksi rotor, sehingga rotor juga menjadi magnet. Motor induksi ini bentuknya sangat sederhana, jadi harganya murah, tetapi kekurangannya adalah starnya lemah, maka tidak dapat dipakai untuk beban yang berat.
4. 7. Split-phase motor Motor split-fase khusus untuk arus bolak-balik. Rotornya squirrel-cage winding, tidak mempunyai kumparan sama dengan rotor pada motor induksi. Statornya mempunyai kumparan dari dua macam kawat tembaga yang berisolasi yaitu: kumparan utama (main winding) dan kumparan pembantu (staring winding). Kumparan utama (Main winding atau running winding) mempunyai diameter kawat tembaga yang lebih besar dengan jumlah lilitan kawat yang sedikit, maka hambatabbya kecil. Stator dengan dua buah kutub kumparan atau dua kutub untuk motor dengan
kecepatan tinggi 3000 ppm. Stator dengan empat buah
kumparan atau empat kutub untuk motor dengan kecepatan 1500 ppm. Kumparan pembantu (Starting winding, Auxillary winding atau Subcoil) mempuanyai dia meter kawat tembaga yang lebih kecil, tetapi jumlah lilitannya
41 lebih banyak dari pada kumparan utama, maka hambatanya lebih besar. Jumlah kutub kutun kumparan pembantu sama dengan jumlah kutub kumparn utama. Kumparan pembantu ditempatkan
di antara kutub-kutub kumparn utama.
Kumparan utama pada bagian dalam dan kumparan pembantu pada bagian luar dekat rotor.
4. 8. Capacitor motor Motor listrik mamakai kapasitor disebut mator kapasitor. Motor ini sangat sangat popular dan banyak sekali dipakai untuk mesin pendingin. Capacitor motor ada tiga macam: 1. Capacitor Sart-Induction Run (CSIR) motor 2. Capacitor Star & Run (CSR) motor 3. Permanent Split Capacitor (PSC) motor Capacitor Start-Induction Run (CSIR) motor atau motor dengan start kapasitor. Bentuk dan sifatnya hamper sama dengan split-phase motor, hanya pada CSIR motor ditambahkan star kapsitor yang dihubungkan
seri dengan degan
kumparan pembantu oleh start relai. Dengan start kapasitor daya gerak putar mula motor dapat dinaikan sampai 40%, menjadi motor yang mempunyai daya gerak putar mula tinggi (high srarting torque motor). Motor tesebut dapat dipakai untuk system yang memakai pipa kapiler atau keran ekspansi. Pada umumnya dipakai untuk motor dari 1/6 s/d ¾ DK, satu fase pada 110 dan 220 volt.
42
Gambar 4. 8 A-Diagram motor dengan start kapasitor dicoba langsung B-Capacitor Start Induction Run (CSIR) motor dengan relai magnet
Capacitor Star & Run (CSR) motor atau motor dengan start dan run capascitor. Bentuknya juga hamper sama dengan split-phase motor, hanya CSR motor ini memakai start capacitor dan run capacitor secara paraler dan keduanya dihubungkan seri dengan kumparan pembantu mendapat aliran
listrik dan
memberikan tambahan tenaga kepada kumparan pembantu selama waktu start.
Gambar 4. 9 A-Diagram motor dengan start dan run kapsitor dicoba langsung B-Capacitor Start & Run (CSR) motor dengan relai magnetic SC-Start Capacitor
RC-Run Capacitor
Run capacitor dihubungkan seri dengan kumparan pembantu untuk memperbaiki factor kerja (power factor). Motor ini banyak dipakai untuk mesinmesin pendingin yang memakai pipa kapiler atau ekspansi, juga untuk room air conditioner ½ s/d 3 DK, satu fase pada 110 dan 220 volt.
43 Permanent Split Capacitor (PSC) motor atau motor dengan run capacitor. Bentuknya juga hamper sama dengan split-phase motor, hanya pada PSC motor ditambahkan run capacitor yang dihubungkan
seri dengan kumparan
pembantu secara permanent. Daya gerak putar mula motor tersebut kecil, maka hanya dapat dipakai untuk motor yang tidak memerlukan daya start yang besar atau system yang memakai pipa kapiler. Terutama untuk kompresor rotary sampai 3 DK, satu fase pada 110 dan 220 volt.
Gambar 4. 10. Diagram motor dengan run kapasitor dicoba langsung atau Permanent Split Capacitor (PSC) motor RC-Run Capacitor
PSC motor mempunyai beberapa keuntungan: 1. Getarnya kecil dan putarannya merata, karena kumparan pembantu terusmenerus bekerja, maka terdapat daya gerak putar yang merata pada tiap putaran, sehingga fungsinya deperti motor dua fase. 2. Faktor kerja lebih baik dan efisensi kerja besar. 3. Tidak memakai start capacitor dan start relai, maka hubungan kabelkabelnya sederhana dan harganya murah.
44 4. 9. Shaded Pole Motor Sheded pole motor mempuyai konstruksi yang sedikit berbeda dengan motor listrik satu fase yang lain. Rotornya (squirrel-cage winding)sama dengan rotor split-phase motor, tetapi sedikit berbeda. Pada stator hanya ada kumparan utama, sedangkan kumparan pembantu hanya terdiri dari batang tembaga yang ujung-ujungnya disatukan. Batang ini menutup ¼ s/d ½ bagian permukaan kutubkutub stator. Lilitan batang tembaga ini disebut lilitan penghalang (shading coil-A).
Gambar. 4. 11. Shaded Pole Motor
A-Lilitan Penghalang
Pada waktu bekerja lilitan penghalang ini menghalangi sebagian lapangan magnet yang ditimbulkan ileh kumparan
utama dari stator, sehingga
membangkitkan daya gerak putar yang kecil. Daya gerak putar tersebut sudah cukup kuat memutar rotor, sehingga rotor dapat berputar, meskipun shaded pole motor hanya mempunyai daya start yang kecil, tetapi motor tersebut sangat sesuai untuk motor kecil dari 1/125 s/d 1/6 DK, satu fase pada 110 dan 220 volt, Banyak dipakai sebagai fan motor untuk mengalirkan udara.
45 10. Kompresor Torak Kompresor torak sampai saat ini yang terbanyak dipakai untuk keperluan refrigerasi. Terutama dipakai dengan bahan pendingin yang memerlukan pergerakan torak (piston displacement) yang kecil dan mengembun pada tekanan yang tinggi, juga dapat dipakai pada system yang memerlukan tekanan evapolator di atas atmosfir. Kompresor torak mempunyai lubang yang sempit pada dudukan katupnya, maka tidak dapat dipakai secara ekonomis untuk bahan pendingin dengan tekanan rendah yang memerlukan jumlah volume besar. Kompresor torak dibuat mulai dari 1/12 DK untuk lemari es sampai 100 DK bahkan lebih pada instalasi untuk keperluan industri yang besar. Bekerjanya kompresor torak seperti motor bakar dua langkah (stroke). Pada kompresor torak juga terdapat silinder di mana torak (piston) bergerak bolak balik di dalamnya. Gerak bolak-balik ini disebabkan oleh gerak putar poros engkol (crank shaft) yang digerakkan oleh motor listrik.
46
Gambar. 4. 12. Kompresor Torak Untuk Open Unit
1. Keran hisap 2. Saluran minyak pelumas kembali 3. Tempat memeriksa miyak pelumas 4. Keran tekan Pada waktu langkah hisap, torak bergerak ke bawah. Terjadi penurunan tekanan atau vakum di dalam silinder antara torak dan tutup silinder, sehingga katup hisap ke dalam silinder. Pada langkah tekan (Kompresi atau pemampatan) torak bergerak ke atas memampatkan gas dan mendorongnya ke luar melalui katup tekan ke kondensor. Kemudian torak bergerak kebawah dan kembali ke atas lagi. Demikianlah kerja torak bolak-balik ke atas dan ke bawah, sehingga kompresor torak juga disebut kompresor bolak-balik.
47 Di antara torak dan dinding silinder mempunyai celah kebocoran yang sempit (0,003 cm untuk tiap cm diameter torak). Untuk menghindari gas bocor kembali melalui katup kompresor, maka katup kompresor harus direncanakan agar dapat menutup dengan cepat dan rapat. Agar katub dapat mudah terbuka dan cepat menutup, katup harus dibuat dari logam yang ringan dan konstruksinya dibuat agar dapat cepat terangkat. Katup harus kuat dan dapat diandalkan juga harus bekerja dengan teratur dan otomatis.
4. 11. Kompresor Rotari (Rotary Compressor) Keuntungan kompresor rotary: 1. Pemakaian energi listrik lebih hemat. 2. Bentuknya kompak, kecil dan sederhana. 3. Tekanannya rata, suaranya tenang. 4. Getarannya kecil. Kerugian Kompresor rotary: 1. Jika terjadi kerusakan sukar diperbaiki. 2. Pembuatannya lebih sukar. 3. Harganya lebih mahal. Kompresor rotary ada dua macam: 1. Daun pisau tetap (Stationer blade atau Roller type). 2. Daun pisau perputar (Rotary blade atau Vane type). Kompresor rotari dengan daun pisau tetap (Stationary blade) terdiri dari: roller sebuah besi baja berbentuk silinder yang berputar pada ujung poros
48 berputar dalam rumah yang bentuknya silindris yang selanjutnya akan disebut silinder. Oleh karena ujung poros tidak sepusat, maka roller juga berputar tidak sepusat dan menyinggung bagian dalam dinding silinder pada satu garis. Jika poros berputar, roller juga ikut berputar pada bagian dalam dari silinder tersebut.
Gambar. 4. 13. Kompresor rotary dengan daun pisau tetap
1. Poros. 2. Roller. 3. Silinder/rumah. 4. Blade/pisau. 5. Pegas. 6. Tabung. Sebuah pisau (blade) yang ditekan oleh pegas dari belakang melalui alur pada silinder selalu menekan roller pada satu garis. Daun pisau bergerak majumundur pada alur dari sinlinder mengikuti roller selama roller berputar pada bagian dalam silinder, atas bawah mempunyai penutup dan satu dari padanya berfungsi sebagai penunjang poros. Saluran hisap dan tekan berpangkal dari silinder tersebut, pada bagian kanan dan kiri di dekat alur dari daum pisau. Saluran hisap tidak mempunyai katup hisap, tetapi mempunyai saringan untuk menyaring kotoran agar tidak masuk kedalam silinder. Saluran tekan
49 mempunyai katup tekan
untuk menghindarkan gas tekan tinggi pada waktu
kompresor sedang berhentiagar tidak mengalir kembali ke dalam silinder. Di dalam silinder pada umunya ada dua buah rungan yaitu: ruang tekanan rendah dan ruangan tekanan tinggi. Pada waktu roller menutup lubang saluran hisap dan tekan pada saat yang bersamaan, maka di dalam silinder hanya ada satu ruangan tekanan rendah saja. Semua bagian kompresor: roller, silinder, daun pisau, poros dan kedua dinding penutup atas dan bawah silinder dibuat dari pada baja khusus yang dipoles dengan ukuran yang sangat teliti (presisi).
Kompresor rotary dengan daun pisau berputar (Rotari blade) terdiri dari satu silinder yang didalamnya terdapat roller yang dilengkapi dengan 2 atau 4 buah daum pisau. Ujung poros yang tidak sepusat dapat memutar roller di dalam silinder dengan satu sisi roller selalu menyinggung dinding silinder bagian dalam. Jarak dari roller dan silinder hanya dipisahkan oleh lapisan oleh lapisan minyak yang sangat tipis. Kedua dinding silinder menutup bagian bawah dan atas silinder sambil memegang poros yang berputar. Pisau-pisau bergerak maju mundur pada alur. Waktu poros berputar ujung pisau selalu menempel pada dinding silinder bagiaan dalam. Ujung pisau ini dapat menempel pada dinding silinder, karena dorongan daya sentrifugal dari poros yang sedang berputar. Ada juga yang diberi pegas dibelakang pisau agar dapat menekan lebih kuat dan rapat.
50
Gambar. 4. 14. Kompresor rotor dengan daun pisau berputar
1. Roller 2. Daun pisau 3. Silinder/rumah 4. Tabung Gas masuk melalui saluran hisap dan dimampatkan oleh pisau-pisau yang berputar lalu mendorongnya ke luar melalui saluran tekan. Kompresor ini mempunyai sebuah katup tekan pada saluran tekan, untuk menghindarkan gas tekanan tinggi mengalir kembali ke kompresor pada waktu kompresor sedang berhenti. Silinder, roller dan pisau semuanya direndam dalam minyak pelumas kompresor, hanya saluran hisap dan tekan yang keluar dari minyak pelumas tersebut.
4. 12. Kompresor Open Unit Juga di sebut Belt-driven unit atau Open type compresor. Kompresor terpisah dari tenaga penggeraknya. Tenaga penggerak kompresor umunya dengan
51 dengan motor listrik, ada juga yang memakai motor bensin atau desel. Salah satu ujung poros engkol dari kompresor menonjol ke luar. Sebuah puli dari luar dipasang
pada ujung poros tersebut. Melalui tali kipas puli ini dihubungkan
dengan tenaga penggeraknya. Puli pada kompresor berfungsi sebagai roda gaya. Pada kompresor yang besar roda gaya juga digunakan sebagai daun kipas untuk mendinginkan kondensor dan kompresor. Kebocoran melalui ujung poros tersebut harus dicegah, pada waktu kompresor sedang berjalan maupun sedang berhenti.
Gambar. 4. 15 Kompresor open unit
Putran kompresor open unit antara 500-1500 putran per menit. Putaran kompresor mudah diatur untuk dipercepat atau diperlambat dengan hanya mengubah
diameter
puli
saja.
Putaran
kompresor
yang
lambat
dapat
memperpanjang masa kerja dari bantalan, katup, torak dan lain-lain. Selain itu kompresor lebih muah start, sehingga tidak memerlukan motor listrik yang lebih besar denga daya start yang tinggi. Keuntungan: 1. Jika motornya rusak, kita dapat memperbaiki motornya saja tamapa mengganggu kompresor dan bahan pendingin pada system. 2.
Dengan mengubah diameter puli pada motor atau kompresor, kita sudah dapat mengubah dan mengatur jumlah putaran kompresor.
52 3.
Minyak pelumas di dalam kompresor mudah diperiksa melalui gelas pemeriksa (sight glass)
4.
Pada daerah yang tidak ada listrik, kompresor open unit dapat dipakai dengan tenaga penggerak dari diesel atau motor bensin. Kerugiannya
1. Bentuknya lebih besar, lebih berat dan harganya juga lebih mahal. 2.
Sil dari kompresor pada poros engkol sering rusak, sehingga minyak pelumas dan bahan pendingin bocor.
4. 13. Kompresor Heratik (Hermatic Compressor) Perbedaan kompresor hermatik dan kompresor open unit, yaitu pada kompresor hermatik motor ditemapatkan di dalam rungan kompresor. Motor listrik motornya menjadi satu dengan poros kompresor, sehingga jumlah putran kompresor sama dengan jumlah putaran motor listrik. Kompresor hermatik dapat terdiri dari kompresor torak atau kompresor rotari. Kompresor torak pada kompresor hermatik ada yang terdiri dari satu samai beberapa silinder. Kompresor torak dengan satu silinder untuk kompresor lemari es yang kecil, sedangkan kompresor dengan dua atau lebih silinder untuk satu unit yang lebih besar.
53
Gambar. 4. 16. Kompresor hermatik Tecumseh model AE
Keterangan: A. Rotor.
E. Batang torak.
I. Sambungan Rumah di las
B. Stator.
F. Poros.
J. Terminal.
C. Silinder.
G. Poros engkol.
D. Torak.
H. Rumah.
Kompresor hermatik ada tiga macam: 1. Stator motor listrik dipreskan ke dalam rumah kompresor. Kompresor dan motor listrik disatukan dengan baut, memakai pegas dari luar untuk menyerap getaran. 2. Motor kompresor menjadi satu kesatuan, duduk atau digantung dengan pegas di dalam rumah kompresor. Rumah kompresor biasanya dibuat dari dua bagian yang di las menjadi satu. 3. Tidak memakai rumahnya. Memakai baut pada kepala silinder, tempat minyak pelumas pada bagian bawah dan kedua ujung poros engkol. Kerusakan pada bagian tersebut dapat diperbaiki tmpa harus memotong
54 rumahnya. Kompresor dengan baut-baut semacam ini juga disebut semi hermatik unit.
Gambar. 4. 17. Kompresor: A-Hermatik “Danfoss”
B-Semi hermatik “Compeland”
Pada saat ini kompresor hermatik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut: 1. Bentukinya harus kecil dan kompak. 2. Putaran motor harus tinggi. 3. Tekanan kerja harus tinggi, maka suhu kerja pun menjadi tinggi. Semua syarat tersebut di atas dapat memperpendek daya tahan motor listrik dan kompresor. Juga dapat menyebabkan mudah timbul gangguan-gangguan. Mendinginkan motor listrik yaitu dengan mengepreskan stator dari motor listrik kedalam rumah kompresor, sehingga dapat memindahkan panas motor listrik melalui rumah kompresor ke udara luar. Keuntungan kompresor hermatik:
55 1. Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran bahan pendingin. 2. Bentuknya kecil, kompak dan harganya lebih murah. 3. Tidak memakai tenaga penggerak dari luar, suaranya lebih tenang, getarannya kecil. Kerugian kompresor hermatik: 1. Bagian yang rusak di dalam rumah di dalam rumah tidak dapat diperbaiki sebelom rumah kompresor dipotong. 2. Minyak pelumas di dalam kompresor hermatik sukar diperiksa.
Gambar. 4. 18. Penampang kompresor hermatik “Danfasso”
56
BAB V PERHITUNGAN RENDEMEN MOTOR, TORSI DAN TEGANGAN TARIK PADA TABUNG V. 1. Rendemen Motor (Motor Efficiency) Randemen motor atau daya guna adalah perbandingan antara daya yang di hasilkan oleh motor parosnya (output), dengan daya yang diperlakukan oleh motor pada terminal (input) pada satuan yang sama dinyatakan dalam persen.
Re ndemen motor =
Daya yang dihasilkan dalam poros (output ) x100% Daya yang diberikan pada ter min al (input )
Rendemen motor listrik bolak-balik (AC), 1 fase dengan keterangan pada plat nama sebagai berikut:1/8 DK, 2 ampere, 110 volt, PF 80%. Karena DK= 736 watt, maka 1/8 DK= 92 watt. Re ndemen motor =
Watt V x A x PF
X 100%
92 = 0,52 atau 52% 100 x 2 x 0,8 Jadi rendemen motor listrik= 52% V. 2. Jumlah Putaran Motor Listrik
Jumlah putaran motor listrik empat kutup dapat dihitung sebagai berikut: Jika rotor berputar 1 putaran di perlukan waktu 2 periode atau 4 putaran. Pada listrik 50 Hz, dalam waktu 1 detik rotor perputar atau 25 x 60= 1500 putaran
57 permenit (ppm). Untuk listrik 60 Hz dalam 1 detik berputar 30 putaran atau 30 x 60= 1800 Rpm. Pada motor listrik biasanya ada slip ± 4%, jadi jumlah putarannya berkurang. Sebenarnya motor listrik dengan 3000 ppm, putarannya hanya tinggal 3000-(4% x 3000)= 2880 ppm dan hanya 1500 ppm sebenarnya hanya tinggal 1440 Rpm. Jumlah putaran listrik juga dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: n=
120 x f (Ref. Handoko K.”Teknik Lemari Es”.) p
n = Kecepatan putaran (Rpm) f
= Frekuensi (Hz)
p = Jumlah kutub pada stator, minimum 2 dan selalu genap 120= Tiap menit 60 detik x 2 perubahan dalam satu periode Dik: f = 50 Hz P = 2 kutub n=
120 x 50 = 3000 Rpm 2
Terjadi slip 4%, jadi jumlah putarannya: n= 3000-(4% x 3000)=3000-120= 2880 Rpm Jadi jumlah putaran pada motor listrik tersebut adalah= 2880 Rpm.
58 V. 3. Torsi
Setiap vector momen yang berhempit dengan sumbu suatu bagian mesin di sebut vector torsi, karena momen ini
menyebabkan bagian mesin tersebut
memuntir terhadap sumbunya. Batang yang menerima momen seperti itu disebut juga batang torsi. Sudut puntir batang bulat adalah:
θ=
T .I (Ref: JOSEPH E. S HIGLEY&LARRY D. MITCHEEL.”Perancangan G.J Teknik Mesin”. Hal 69)
Di mana: T = torsi I = panjang G = modulus kekuatan J = Momen inersia sudut dari penampang Di ket: T= 33 N.mm I= 100 mm G= 79,3 109 Pa J= 38, 35 (103 )(10-12)mm4
θ=
T .I G.J
=
(33 N .mm)(100 mm) (79,310 9 Pa )(38,3510 3 10 −12 mm 4 )
=
33(100) = 1, 08 rad 79,3(38,35)
Maka sudut puntir pada batang bulatnya adalah 1.08 rad
59
V. 4. Tegangan Tarik Pada Tabung
Di mana: P= 100 lb/ mm2 d1= 200 mm hs= 5 mm hc= 15/8 x 0,1 mm P. d1 (Ref: S Timoshenko. “Dasar-Dasar Perhitungan Kekuatan 2 Bahan”. Hal 53) 100.200 P= =10000 Lb 20 P=
Ket: P= Tekanan dl= Diameter dalam hs= Tebal tabung hc= Tembaga Tegangan pada tembaga adalah 15/8 dari teganga pada baja pada saat yang sama luas penampang tembaga adalah 15/8 dari luas penampang baja. Dengan demikian, gaya P akan didistribusikan secara sama antara kedua jenis logam itu dan tegangan tarik pada tembaga yang timbul oleh tekanan. Ref: αc =
Bahan”. Maka
P ( S Timoshenko. “Dasar-Dasar Perhitungan Kekuatan 2 x hc Hal 53)
60
αc =
10000 = 26.7 lb per sgin 2 x 15 / 8 x 0,1
Tegangan pada baja
αc =
15 αc 8
Maka
α=
15 . 26,7 = 50,06 lb per sgin 8
V. 5. Sambungan Las Kuningan dan Panyatuhan
Pengaruh-pengaruh ini adalah: M= 500 (0.632)= 316 lb. mm Fy= 500 sin 300= 250 lb Fx= 500 cos 300= 433lb Dari table 9-2 kita mendapatkan A= 1.414h (b+d)= 1.414 (0.25)(0.25+2.5)= 0.972 mm2 Is =
d2 (2.5) 2 + = [3(0.25) + 2.5] = 3.39 mm 4 (3b d ) 6 6
Kemudian momen inersia terhadap sumbu melalui G yang sejajar dengan z adalah I= 0.707 hlu= 0.707 (0.25)(3.39)= 0.599 mm4 Pada ujung A tegangan lentur dan tegangan tarik karena Fy ditambahkan. Untuk bahan las tegangan normal total adalah
σy =
Fy A
+
Mc 250 316(1.25) = + = 916 Psi I 0.972 0.599
61 Tegangan gesernya adalah
τ yx =
Fx 433 = = 445 Psi A 0.972
Dari table A-17 kita mendapatkan sifat-sifat mekanis untuk bahan siku-siku tersebut berupa Su= 58 kpsi, Sy= 32 kpsi, dan HB= 116 Bhn. Kita akan menggunakan sifat yang sama ini untuk logam las. Sekarngv pakailah persamaan (6-15)untuk mendapatkan tegangan von Mises pada logam las. Hasilnya adalah:
σ ι = σ y2 + 3τ yx2 = (916) 2 + 3(445) 2 =1200 psi Jadi factor keamanan terhadap kegagalan statis pada logam las adalah 32(10) 3 = = 26.7 n= 1200 σ' Sy
Berikutnya kita meneruskan menghitung tegngan-tegangan dalam logam yang dilaskan. Luas yang menerima tegngan gesera adalah: A= bd= 0.25(2.5)= 0.625 mm2 Jadi tegangan geser pada logam yang dilas adalah
τ yx =
Fx 433 = = 693 psi A 0,625
Modulus penampang dari siku-siku tersebut pada bidang singgung las adalah: I bd 2 0.25(2.5) 2 = = = 0.260 mm 3 c 6 6
Jadi tegangan tarik pada A dalam logam yang di laskan adalah
σy =
Fy A
+
250 316 M = + =1615 psi I 0.625 0.260 c
Dengan menggunakan persaman (6-15) lagi, kita mendapatkan:
62
σ ' = σ y2 + 3τ yx2 = (1615) 2 + 3(693) 2 = 2010 psi Maka factor keamanan terhadap suatu kegagalan dalam logam yang dilas adalah n=
Sy
σ'
=
32(10) 3 =15.9 2010
Penjepit tali pengikat duduk pada sisi lubang sebesar ½ in. Kalau kita misalkan bahwa penjepit tersebut mengisi lubang, maka tegngan bantalan rata-rata adalah:
σ=
500 F =− = −400 Psi 0.25(0.50) td
Jadi factor keamanan adalah 32(10) 3 = =8 n= ΙσΙ 4000 Sy
Persoalan berikutnya adalah menyelidiki kemingkinan suatu kegagalan
leleh.
Batas ketahanan dari bahan percobaan gelegar berputar adalah:
S e' = 0.50 S u = 0.50 (58) = 29 Kpsi
Faktor permukaan Ka untuk las-lasan dan untuk bahan yang dilas pada daerah dekat pengelasan harus selalu didasarkan pada suatu permukaan yang seperti ditempa. Kita mendapat Ka= 0.53. d eq =
0.05 bd = 0.0766
0.05(0.25)(2.5) = 0.639 mm 0.0766
Kb = 0.869(deq)-0.097=0.869 (0.639)-0.097= 0.908
Ini adalah untu logam yang dilas dan kita akan menggunkan factor yang sama ini untuk logam las.
63 Untuk keadaan 95 persen kita mendapatkan Kc=0.868 dari table 7-7. dari table 9-5 kita mendapatkan Kf= 2.7 pada ujung dari las sudut yang sejajar. Maka Kc= 1/Kf= 1/2.7= 0.370. Sekarang kita mendapat ketahanan yang dikoreksi berupa Se= ka kb kc ke S e' = (0.53)(0.903)(0.868)(0.370)(29) = 4.48 kpsi Untuk logam las maupun untuk logam yang dilas. Karena beban yang diberikan melalui tali pengikat, gaya tarik F adalah nol atau tidak nol; ini adalah suatu beban yang berulang. Karena itu perubahan dan arti dari tegangan vin Misses di dalam logam las adalah.
σ a' = σ m' =
σ' 2
=
1200 = 600 psi 2
Sekarang kita mau menghitung factor keamanan terhadap kegagalan
yang
dimodifikasi. Dengan memasukan Sa= nσ’a dan Sm= nσ’m ke dalam Persamaan Sa Sm + =1 S e S ut
atau
600n 600n + =1 4480 58(10) 3
Dengan memecahkan persaman ini untuk mendapatkan factor keamanan, memberi n=6.93. Untuk logam yang dilas τ a' = σ m' = σ ' / 2 = 2010 / 2 = 1005 psi . 1005n 1005n + =1 4480 58(10) 3 Penyelesaian atas persamaan ini menghasilkan n= 4.14
64
