an turbin air

8/3/2019 an Turbin Air

1/34

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di zaman teknologi seperti sekarang ini dimana listrik merupakan salah satu

kebutuhan pokok yang harus terpenuhi dan tidak bisa terlepas dari kehidupan kita sehari-

hari, mulai dari kota besar sampai ke desa yang terpencil sekalipun listrik adalah

kebutuhan yang sangat vital. Sebuah pabrik tidak akan dapat mengoperasikan mesin-

mesinnya tanpa adanya listrik, sebuah kota akan mati tanpa adanya listrik.

Listrik dapat dihasilkan dengan berbagai cara, misalnya dengan memanfaatkan

panas cahaya matahari atau panas perut bumi, dari energi potensial yang terdapat di air

yang mengalir seperti di sungai atau pada air terjun, atau listrik juga bisa dihasilkan dari

tenaga nuklir. Di Indonesia sumber pembangkit tenaga listrik yang paling banyak

digunakan adalah pembangkit listrik yang berbahan bakar fosil, misalnya diesel, karena

relatif lebih murah dan lebih aman jika dibandingkan dengan menggunakan tenaga nuklir

yang dapat menimbulkan bahaya yang serius jika terjadi kebocoran yang kecil saja.

Namun permasalahanya adalah bahan bakar fosil cepat atau lambat akan habis karena

tidak dapat diperbaharui lagi. Karena itu, sekarang ini diperlukan pembangkit listrik yang

sumber bahan bakarnya tidak akan habis, murah, dan aman. Salah satunya dengan

memanfaatkan tenaga air. Pembangkit listrik tenaga air di Indonesia sangat berpotensi

sekali, mengingat Indonesia memiliki banyak sekali sungai besar dan air terjun yang

kesemuanya dapat dimamfaatkan energi potensialnya untuk membangkitkan listrik.

Yang dibutuhkan untuk menghasilkan listrik dengan menggunakan tenaga air

hanyalah sebuah turbin yang akan diputar oleh air, yang mana akan mengubah energi

1


2/34

potensial air menjadi energi mekanis yang kemudian disambungkan dengan generator

melalui poros sehingga menghasilkan listrik.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan dari perencanaan mesin ini adalah :

1. merencanakan elemen-elemen mesinnya seperti poros, pasak, dan

bantalan.

2. Menentukan ukuran-ukuran elemen tersebut.

3. Menentukan bahan-bahan yang sesuai untuk elemen-elemen

tersebut.

1.3 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam perencanaan mesin ini adalah :

1. Perencanaan hanya dilakukan pada elemen-elemen mesin seperti :

poros, pasak, dan bantalan.

2. Perencanaan ini hanya menghitung daya dan diameter yang akan

dihasilkan oleh turbin tanpa merencanakan bentuk serta sudu dari

turbin tersebut.

2


3/34

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan

dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan

prinsip kerjanya , turbin air dibagi menjadi dua kelompok:

1. Turbin Impuls ( Cross-Flow, Pelton dan Turgo )

2. Turbin Reaksi (Francis, Kaplan dan Propeller)

Gambar 1.1 Turbin Air

Pemilihan turbin didasarkan pada head air yang didapatkan dan

kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan

untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk

3


4/34

tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua

jenis debit dan head, efisiensinya baik dalam segala kondisi aliran.

Daya yang dibangkitkan oleh turbin dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut :

Pt = 9,81 x Q x H x Nt..(1)

Dimana :

Q = Debit air,

H = efektif head, m

Nt = Efisisensi turbin, 0,5 0,9

Sedangkan untuk mengetahui putaran turbin tiap menitnya ( N ), karena

akan digunakan dalam merencanakan poros dari turbin, dapat dicari dengan

persamaan sebagai berikut :

..(2)

Diameter dari suatu turbin dapat dicari dari persamaan sebagai berikut :

...(3)

Lebar runner pada sisi masuk (b) :

..(4)

= factor penyempitan meniggalkan sudu gerak ( 0,85-0,90 ).

4


5/34

Dimana :

,m/s

Ketebalan semburan masuk ( ) dapat dihitung berdasarkan rumus

berikut ini :

..(5)

Dimana :

k = 0,075 - 0,1.

Jarak antara sudu turbin (t) dapat dihitung berdasarkan rumus berikut ini :

..(6)

Dimana :

= arc tan ( 2 tan )

= 16 ,tujuannya adalah untuk mendapatkan efisiensi mekanis yang

paling tinggi.

Jumlah sudu dari turbin yang akan dibuat ( n ) dapat dicari dari

persamaan berikut ini :

..(7)

2.2. Poros

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin yang mana

hampir setiap mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peran utama

5


6/34

dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Untuk merencanakan sebuah poros hal-

hal berikut ini perlu diperhatikan yaitu :

1. Kekuatan poros

Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau

gabungan antara keduanya, ada juga poros yang mendapat beban tarik atau tekan

seperti poros baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan, tumbukan atau pengaruh

konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila

poros memiliki alur pasak harus diperhatikan.

2. Kekakuan poros

Meskipun sebuah poros memiliki kekuatan yang cukup tetapi jika

lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian

(pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan kotak

roda gigi) karena itu disamping kekuatan poros, kekakuan poros juga perlu

diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan dilayani poros

tersebut.

3. Putaran Kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran

tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya, putaran ini disebut putaran

kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor listrik dan lain-lain yang dapat

mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jika mungkin

poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih

rendah dari pada putaran kritisnya.

6


7/34

4. Korosi

Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih untuk poros

propeler dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian

pula dengan poros-poros yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang

sering berhenti lama. Sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukan

perlindungan terhadap korosi.

5. Bahan Poros

Poros untuk mesin biasanya dibuat dari batang baja yang ditarik dingin

dan difinis, baja karbon konstruksi mesin (disebut bahan S-C) yang dihasilkan

dari ingot yang di-kill (baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilikon dan

dicor; kadar karbon terjamin) (JIS G 4501).

Meskipun demikian bahan ini kelurusannya agak kurang tepat dan dapat

mengalami deformasi karena tegangan yang tidak seimbang misalnya bila diberi alur

pasak, karena ada tegangan sisa di dalam terasnya. Tetapi penarikan dingin membuat

permukaan poros menjadi lebih keras dan kekuatannya bertambah besar. Poros-poros

yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari

baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa

diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khroom nikel molibden, baja khrom, baja

khroom molibden, dan lai-lain.

Berikut ini akan dibahas tentang rencana sebuah poros yang mendapat sebuah

pembebanan utama berupa torsi seperti pada poros motor dengan sebuah kopling. Jika

diketahui bahwa poros yang akan direncanakan tidak mendapat beban lain kecuali torsi,

maka diameter poros tersebut dapat lebih kecil dari pada yang dibayangkan. Meskipun

7


8/34

demikian, jika diperkirakan akan terjadi pembebanan berupa lenturan, tarikan atau

tekanan, misalnya jika sebuah sabuk, rantai atau roda gigi dipasangkan pada poros motor,

maka kemungkinan adanya pembebanan tambahan tersebut perlu diperhatikan dalam

faktor keamanan yang diambil.

Pertama kali ambillah suatu kasus dimana daya P (kW) harus ditransmisikan dan

putaran poros n1 (rpm) diberikan. Dalam hal ini perlu dilakukan pemeriksaan terhadap

daya P tersebut. Jika P adalah daya rata-rata yang diperlukan maka harus dibagi dengan

efisiensi mekanis dari sistem transmisi untuk mendapat daya penggerak mula yang

diperlukan. Daya yang besar mungkin diperlukan pada saat start atau mungkin beban

yang besar mungkin diperlukan pada saat start. Dengan demikian sering kali diperlukan

koreksi daya rata-rata yang diperlukan dengan menggunakan faktor koreksi pada

perencanaan.

Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam

faktor keamanan biasanya dapat diambil dari perencanaan, sehingga faktor koreksi

pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah fc maka daya rencana Pd (kW)

sebagai patokan adalah(Sularso dan K. Suga;1997) :

Pd =fc . P (kW) ..................................................................(8)

Tabel 2.3Faktor-faktor daya yang akan ditransmisikan (fc)

Daya yang akan ditransmisikan fc

Daya rata-rata yang diperlukan Daya

maksimum yang diperlukan Daya

normal

1,2 - 2,0

0,8 - 1,2

1,0 - 1,5

8


9/34

Jika daya diberikan dalam daya kuda (PS) maka harus dikalikan dengan 0,735

untuk mendapatkan daya dalam kW (Sularso dan K. Suga, 1997).

Jika momen puntir (disebut juga dengan momen rencana) adalah T (kg.mm)

maka nilai daya rencana (Pd) (Sularso dan K. Suga;1997) :

102

)60/2()1000/( 1nTPd

=

Sehingga:1

51074.9nPdT = .(9)

Bila momen rencana T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros ds (mm)

maka tegangan geser (kg/mm2) yang terjadi (Sularso dan K. Suga;1997) :

33

1.5

)16/(s

d

T

ds

T==

.......................................................(10)

Tegangan geser yang diizinkan a (kg/mm2) untuk pemakain umum pada poros

dapat diperoleh dengan berbagai cara. Disini a dihitung atas dasar batas kelelahan puntir

yang biasanya diambil 40 % dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira 45% dari

B (kg/mm2). Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik B, sesuai dengan

standar ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6.

Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin, dan 6,0 untuk

bahan S-C dengan pengaruh massa, dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan 1Sf

Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau

dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh

kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukkan pengaruh-pengaruh

ini dalam perhitungan perlu diambil faktor keamanan yang dinyatakan sebagai Sf2 dengan

9


10/34

harga sebesar 1,3 - 3,0. Dari hal-hal tersebut maka besarnya a dapat dihitung dengan

persamaan (Sularso dan K. Suga;1997) :

a= B / Sf1x Sf2 ....................................................................(11)

Kemudian keadaan momen puntir itu sendiri juga harus ditinjau. Faktor koreksi

yang dianjurkan oleh ASME juga dipakai di sini. Faktor ini dinyatakan denganKt, dipilih

sebesar 1,5 jika beban dikenakan secara halus, 1,0 - 1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau

tumbukan dan 1,5 - 3,0 jika beban dikenakan dengan tumbukan atau kejutan besar.

Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terdiri atas

momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan pemakaian dengan beban

lentur di masa mendatang. Jika memang diperlukan akan terjadi pemakaian dengan beban

lentur maka dapat dipertimbangkan pemakaian faktorCbyang harganya antara 1,2 - 2,3

(jika diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cbdiambil sama dengan

2,0).

Dari persamaan diatas diperoleh rumus untuk menentukan diameter sebuah poros

(ds)(Sularso dan K. Suga;1997) :

3

1

...1.5

= TCbKtds

a

...............................................

(12)

dimana:

ds = Diameter poros (mm)

a = Tegangan geser yang diizinkan (kg/mm2)

=Kt Faktor koreksi momen puntirFaktor koreksi lenturan

10


11/34

=Cb Faktor koreksi lenturan

=T Momen rencana (kg/mm)

Harga faktor konsentrasi tegangan untuk alur pasak dan untuk poros bertangga

dapat diperoleh dengan diagram R.E.Peterson (Gambar 2.1 dan 2.2 )

11

Gambar. 2.1 Faktor konsentrasi tegangan untuk

pembebanan puntir statis dari suatu poros bulat

den an alur asak erse i an diberi filet

Gambar. 2.2 Faktor konsentrasi tegangan

untuk pembebanan punter statisdari suatu poros bulat dengan


12/34

Bila dan dibandingkan dengan faktor keamanan Sf2 untuk konsentrasi

tegangan pada poros bertangga atau alur pasak yang ditaksir terdahulu, maka dan

sering kali menghasilkan diameter poros yang lebih besar.

Periksalah perhitungan tegangan, mengingat diameter yang dipilih lebih besar

dari ds yang diperoleh dari perhitungan. Bandingkan dan dan pilihlah yang lebih

besar. Lakukanlah koreksi pada Sf2

yang di taksir sebelumnya untuk konsentrasi

tegangan, dengan mengambil a.Sf2 /( atau ) sebagai tegangan yang diizinkan yang

dikoreksi. Bandingkan harga ini dengan .Cb.Kt, dari tegangan geser yang dihitung atas

dasar poros tanpa alur pasak, faktor lenturan Cb, dan faktor koreksi tumbukan Kt dan

tentukan masing-masing harganya jika hasil yang terdahulu lebih besar serta lakukan

penyesuaian jika hasilnya lebih kecil. Cara perencanaan poros dapat dilihat pada diagram

alir perencanaan poros.

2.3 Pasak

2.3.1 Macam-macam pasak

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

mesin seperti roda gigi, sproket, pulley, kopling, dan lain-lain pada poros Momen

diteruskan dari poros ke naf dari naf keporos.

Fungsi yang serupa dengan pasak dilakukan pula oleh seplain (spline) dan gerigi

(seration), yang mempunyai gigi luar pada poros dan gigi dalam, dalam jumlah gigi yang

sama pada naf dan saling terkait satu dengan yang lain. Gigi pada spalin adalah besar-

besar, sedang pada gerigi adalah kecil-kecil dengan jarak bagi yang kecil pula. Kedua-

12


13/34

duanya dapat digeser secara aksial pada waktu meneruskan daya. Pasak pada umumnya

digolongkan atas beberapa macam.

Menurut letaknya pada poros dapat dibedakan antara pasak kelana, pasak rata.

pasak benam dan pasak singgung, yang paling umum berpenampang segi empat. Dalam

arah memanjang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus. Pasak benam prismatis

ada yang khusus dipakai sebagai pasak luncur. Disamping itu ada pula pasak tembereng

dan pasak jarum.

Pasak luncur memungkinkan pergeseran aksial roda gigi, dan lain-lain, pada

porosnya, seperti pada splain. Yang paling umum dipakai adalah pasal benam yang dapat

meneruskan momen yang hesar. Untuk momen dengan tumbukan, dapat dipakai pasak

singgung.

2.2.3 Hal-hal penting dan tata cara perencanaan pasak

Pasak benam mempunyai penampang segi empat dimana terdapat bentuk

prismatis dan tirus yang kadang-kadang diberi kepala untuk memudahkan

pencabutannya. Kemiringan pada pasak tirus umumnya sebesar 1/10, dan pengerjaan

harus hati-hati agar naf tidak menjadi ekstrinsik.. Pada pasak yang rata, sisi

sampingnya harus pas dengan alur pasak agar pasak tidak menjadi goyah dan rusak.

Ukuran dan bentuk standar pasak pada lampiran untuk pasak umumnya dipilih bahan

yang mempunai kekuatan tarik lebih dari 60 (kg/mm2) lebih kuat daripada porosnya.

Kadang-kadang sengaja dipilih bahan yang lemah untuk pasak, sehingga pasak akan

lebih dahulu rusak dari pada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga pasak murah

dan mudah menggantinya.

13


14/34

Jika momen rencana pada poros adalah T (kg.mm), dan diameter poros adalah

ds (mm), maka gaya tangensial F (kg) pada permukaan poros adalah (Sularso dan K.

Suga;1997)

............. (13)

Gaya geser yang bekerja pada penampang mendatar b x l (mm`) oleh gaya F

(kg) dengan demikian tegangan geser k (kg/mm2) yang ditimbulkan adalah dari

tegangan geser yang diizinkan ka (kg/.mm2

), panjang pasak 1 (mm) yang diperlukan

dapat diperoleh (Sularso dan K. Suga;1997) :

ka > (14)

Gaya gesek pada pasak dapat dilihat pada gambar 2.4. dibawah ini

Gambar 2.4. Gaya gesek pada pasak

Harga kaadalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan tarik B

dengan factor keamanan Sf1 dan Sf2.

Harga Sfk1 umumnya diambil 6, dan Sfk2 dipilih antara 1-1,5 jika beban

dikenakan secara perlahan-lahan, antara 1,5 -3 jika dikenakan dengan tumbukan

ringan dan antara 2-5 jika dikenakan secara tiba-tiba dan dengan tumbukan berat.

14

)2/(ds

TF =

11.b

F


15/34

Kedalaman alur pasak pada poros dinyatakan dengan t 1, dan kedalaman alur

pasak pada naf dengan t2. Abaikan pengurangan luas permukaan oleh pembulatan

sudut pasak. Dalam hal ini tekanan permukaan P (kg/mm2) adalah

(Sularso dan K. Suga;1997)

...................... (15)

Dari harga tekanan permukaan yang diizinkan Pa (kg/mm2), panjang pasak

yang diperlukan dapat dihitung dari (Sularso dan K. Suga;1997)

Pa > .(16)

Harga Pa adalah sebesar 8 (kg/mm2) untuk poros dengan diameter kecil, 10

(kg/mm) untuk poros dengan diameter besar, dan setengah dari harga-harga diatas

untuk poros berputaran tinggi. Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara

25-35 (%) dari diameter poros dan panjang pasak jangan terlalu panjang

dibandingkan dengan diameter poros (antara 0,75 sampai 1,5 ds). Karena lebar dan

tinggi pasak sudah distandarkan, maka beban yang ditimbulkan oleh gaya F yang

besar hendalnya dibatasi dengan menyesuaikan panjang pasak. Namun demikian,

pasak yang terlalu panjang tidak dapat menahan beban yang merata pada

permukaannya. Jika terdapat pembatasan pada ukuran naf atau poros, dapat dipakai

ukuran yang tidak standar atau diameter perlu dikoreksi.

2.4 Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga

putaran atau gerak bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang

umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin

15

)atau t(txl

F

21

=P

)atau t(tx1

F

21


16/34

lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi

seluruh sistem akan atau tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya. Jadi bantalan

dalam permesinan dapat disamakan dengan pondasi pada gedung.

2.4.1. Klasifikasi bantalan

1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros

a. Bantalan luncur. Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan

bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan

perantaraan lapisan pelumas.

b. Bantalan gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara

bagian yang berputar dengan yang diam melalui elcmen gelinding seperti

bola (peluru), rol atau rol jarum, rol bulat dan ro1 kerucut

2. Atas dasar arah beban terhadap poros

a. Bantalan radial. Arah beban bantalan ini sejajar sumbu poros

b. Bantalan aksial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus

sumbu poros

c. Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang

arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros

2.4.2. Perbandingan Antara Bantalan Luncur Dan Bantalan Gelinding

Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban

besar. Karena gesekan yang besar pada wakl:u mulai jalan, bantalan luncur

memerlukan momen awal yang besar.

Panas awal yang timbul dari gesekan yang besar, terutama pada beban

besar memerlukan pendinginan khusus. Sekalipun demikian, karena adanya lapisan

16


17/34

pelumas, bantalan ini dapat meredam tumbukan dan getaran hingga hampir tidak

bersuara.

Bantalan gelinding pada umumnya lebih cocok untuk beban kecil

daripada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya, putaran pada

bantuan ini dibatasi oleh sentrifugal yang timbul pada elemen gelinding tersebut.

Keunggulan dari bantalan ini adalah pada gesekannya yang sangat rendah,

pelumasannya sangat sederhana, cukup dengan gemuk bahkan yang memakai sil

sendiri tidak perlu pelumasan lagi.

2.4.3. Klasifikasi Bantalan Luncur

Dapat diklasifikasikan menurut bentuk dan letak bagian poros yang

ditumpu yaitu :

1. Bantalan radial, yang dapat berbentuk radial, belahan silinder, elips, dan lain-lalin

2. Bantalan aksial, yang dapat berbentuk engsel, kerah, michel dan lainlain.

3. Bantalan khusus, yang berbentuk bola.

2.4.4. Jenis-Jenis Bantalan Gelinding

Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang

sangat kecil dibanding dengan bantalan luncur, seperti diperlihatkan dalam gambar

2.9, elemen gelinding seperti bola atau rol, dipasang diantara cincin luar dan cincin

dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan membuat

gerakan gelinding sehingga gesekan diantaranya akan jauh lebih kecil. Untuk bola

atau rol, ketelitian tinggi dalam bentuk dan ukuran merupakan keharusan. Bahan

yang dipakai untuk bantalan gelinding harus mempunyai ketahanan dan kekuatan

yang tinggi. Bantalan gelinding seperti bantalan luncur, dapat diklasifikasikan atas

17


18/34

bantalan radial, yang terutama membawa beban radial dan sedikit beban aksial dan

bantalan aksial yang membawa beban sejajar sumbu poros.

Macam-macam bantalan gelinding dapat dilihat pada gambar 2.9.

dibawah ini :

2.4.5. Kelakuan Bantalan Gelinding

a. Kemampuan membawa beban aksial

Bantalan radial mempunyai sudut kontak yang besar antara elemen

gelinding dan cincinnya, dapat menerima sedikit beban aksial, bantalan rol

macam alur dalam, bantalan bola kontak sudut dan bantalan rol kerucut

merupakan macam bantalan yang akan dibebani gaya aksial kecil. Bantalan

mapan sendiri dapat menyesuaikan diri dengan defleksi poros, namun demikian

kemampuannya menahan gaya aksial adalah kecil.

b. Kelakuan terhadap putaran

Diameter poros d (mm) dikalikan dengan putaran per menit n (rpm)

disebut harga d.n. harga ini untuk suatu bantalan mempunyai batas empiris yang

18

Gambar 2.9. Macam-Macam Bantalan Gelinding

Sumber: Sularso, K. Suga, hal 129


19/34

besarnya tergantung pada macamnya dan cara pelumasannya. Bantalan bola alur

dalam dan bantalan bola sudut serta bantalan rol silindris pada umumnya dipakai

untuk putaran tinggi; bantalan rol kerucut dan bantalan mapan sendiri untuk

putaran sedang; bantalan aksial untuk putaran rendah.

c. Kelakuan gesekan

Bantalan bola dan bantalan rol silindris mempunyai gesekan yang

relatif kecil dibandingkan dengan bantalan macam lain. Untuk alat-alat ukur,

gesekan bantalan merupakan hal yang menentukan ketelitiannva.

d. Kelakuan dalam bunyi dan getaran

Hal ini dipengaruhi oleh kebulatan bola dan rol, kebulatan cincin,

kekasaran elemen-elemen tersebut, keadaan sangkarnya, dan kelas mutunya.

Faktor lain yang mempengaruhi adalah ketelitian pemasangan, konstruksi mesin

(yang memakai bantalan tersebut), dan kelonggaran dalam bantalan.

2.4.6. Bahan Bantalan Gelinding

Cincin dan elemen gelinding pada umumnya dibuat dari baja bantalan

krom karbon tinggi. Baja bantalan dapat memberikan efek stabil pada perlakuan

panas. Baja ini dapat memberikan umur panjang dengan keausan sangat kecil.

Dengan kemajuan dalam bidang teknik hampa pada akhir-akhir in, telah

dikembangkan bantalan cair hampa. Baja macam ini tidak sesuai untuk produksi

massa dan sangat mahal sehingga hanya dipakai dimana hanya diperlukan baja

murni. Untuk bantalan yang membutuhkan ketahanan khusus terhadap kejutan,

dipakai baja karbon rendah, yang kemudian diberi perlakuan panas denban sementasi.

Untuk bantalan yang tahan panas dan tahan karat terdapat baja kecepatan tinggi atau

deretan martensit dan baja tahan karat.

19


20/34

Bahan untuk sangkar yang mengalami kontak gesekan dengan elemen

gelinding harus tahan aus dan tidak mudah patah. Sangkar untuk bantalan kecil dibuat

dengan mengepres pita baja yang difinis rendah atau baja plat yang difinis. Untuk

pemakaian khusus, atau plat baja tahan karat juga sering dipakai. Untuk bantalan

besar dipakai baja karbon rendah atau kuningan berkekuatan tinggi.

Untuk beberapa macam bantalan putaran tinggi dapat dibuat dari plastik.

Sebagai paku keling untuk sangkar dipergunakan baja karbon rendah bermutu baik.

2.4.7. Nomor Nominal Bantalan Gelinding

Dalam prak-tek, bantalan gelinding standar dipilih dari katalog. Ukuran

bantalan gelinding adalah diameter lubang, diameter luar, lebar dan lengkungan

sudut. Pada umumnya diameter lubang diambil sebagai patokan dimana berbagai

diameter luar dan lebar digabungkan. Nomor nominal dari bantalan gelinding terdiri

dari nomor dasar dan pelengkap. Nomor dasar yang terdapat merupakan lambang

jenis, lambing ukuran (lambang lebar, diameter luar), nomor diameter lubang dan

lambang sudut kontak.

Lambang jenis menyatakan jenis bantalan, lambang ukuran menyatakan lebar

untuk bantalan radial dan tinggi untuk bantalan aksial; dapat juga menyatakan

diameter luar dari bantalan-bantalan tersebut. Dibawah ini akan diberikan contoh

nomor nominal dan artinya:

1. 6312ZZ C3 P6

6 menyatakan bantalan bola baris tunggal alur dalam

3 adalah singkatan dari lambang 03, dimana 3 menunjukkan diameter luar 130

(mm) untuk diameter lubang 60 (mm)

20


21/34

12 berarti 12 x 5 = 60 (mm) diameter lubang

ZZ berarti bersil 2

C3 adalah kelonggaran C3

P6 berarti kelas ketelitian 6

2. 22220 K C3

2 menyatakan bantalan rol mapan sendiri

22 menunjukkan diameter luar 200 (mm) dan lebar 53 (mm) untuk diameter

lubang 110 (mm)

20 Berarti 20 x 5 = 100 (mm) diameter lubang

K berarti tirus lubang, kelas kelebihan o

C3 Kelonggaran C3

2.4.8. Kapasitas Nominal Bantalan Gelinding

Ada 2 macam kapasitas nominal, yaitu kapasitas nominal dinamis

spesitik dan kapasitas nominal statia spesifik, misalnya bantalan aksial, maka kondisi

bebannya adalah aksial murni, satu cincin diam dan cincin yang lain berputar. Jumlah

putaran adalah 1.000.000 atau (33,3 rpm selama 500 jam). Setelah menjalani putaran

tersebut, jika 90ro dari jumlah bantaian tidak menunjukkan kerusakan karena

kelelahan oleh beban gelinding pada cincir, atau elemen gelindingnya, maka besarnya

beban tersebut dinamakan kapasitas nominal dinamis spesifik, dan umur

bersangkutan dinamakan umur nominal.

21


22/34

Jika bantalan membawa beban dalam keadaan diam atau berayun-ayun dan

pada titik kontak yang menerima tegangan maksimum besarnya deformasi permanen

pada elemen gelinding ditambah deformasi cincin menjadi 0,0001 kali diameter

gelinding, maka beban tersebut dinamakan kapasitas nominal statis spesifik.

22


23/34

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Turbin

Dalam hal ini daya yang akan dibangkitkan oleh turbin, misalnya

direncanakan sebuah turbin yang akan dibuat pada sebuah aliran air yang

memiliki head sebesar 15 m dan memiliki debit air sebesar 15 , dimana

efisiensi turbin diperkirakan sebesar 50 %, maka daya yang akan dibangkitkan

oleh turbin ialah sebesar :

a) Pt = 9,81 x Q x H x Nt

= 9,81 x 15m x 15 x 0,5

= 1103,6 watt

b) Sedangkan Putaran dari turbin tiap menitnya adalah :

n = 100,13 rpm 100 rpm

c) Sedangkan diameter dan lebar dari runnerturbin yang akan dibuat ialah :

23


24/34

Dimana :

= 7,71 m/s

Maka diameter dari turbin tersebut ialah :

= 1,47 m

Sedangkan lebar dari runner tubin tersebut ialah :

b = 0,47 m

d) Ketebalan semburan masuk ( )

Nilai adalah sebesar :

K = 0,075 - 0,1, diambil k = 0,08, maka :

=0,12 m

e) Jarak antara sudu ( t )

24


25/34

Jarak antara sudu turbin dapat dicari dari persamaan berikut :

Dimana = arc tan ( 2 tan )

= arc tan (2 tan =

Maka jarak antara sudu turbinnya :

=0,24 m

f) Jumlah sudu ( n )

Jumlah sudu turbinnya :

=19,23

Diambil jumlah sudu (n) = 19 sudu

3.2 Poros

Dalam hal ini perencanaan poros yang direncanakan sebagai berikut:

a) Daya rencana yang akan ditransmisikan

P = 1,1 Kw, n = 100 rpm

25


26/34

b) Faktor korelasi fc = 1,0

c) Daya rencana (Pd)

Pd = fc P

= 1,0 1,1 = 1,1 Kw

d) Momen rencana (T)

T = 9,74 105

n

Pd

= 9,74 105 100

1,1

= 10714 Kg mm

e) Bahan yang digunakan untuk poros adalah S 30 C dengan kekuatan

tarik (B) = 48 kg/mm2

Perlakuan panas : dicelup dingin dan di temper

Factor keamanan (Sf1) untuk bahan S C diambil 6,0

Factor keamanan (Sf2) mempunyai nilai sebesar 1,3 3,0

Diambil Sf2 = 3,0

f) Tegangan geser yang diizinkan (a)

21

Ba

SfxSf

=

36

48

x=

2a mmkg

67,2 =

26


27/34

g) Factor koreksi untuk momen puntir (Kt) jika diberikan beban

dengan kejutan atau tumbukan besar mempunyai nilai di antara 1,5

3,0.

Diambil Kt = 1,5.

Factor lenturan (Cb) mempunyai nilai antara 1,2 2,3.

Diambil Cb = 2

h) Diameter poros (ds)

31

...1,5

= TCbKtds

a

31

10714.2.5,1.67,2

1,5

=ds

mm404,39 =ds

i) Diameter tempat bantalan di asumsikan = 50 mm

- Jari-jari fillet2

dsDr

=

2

4050 =r

= 5 mm

j) Ukuran pasak dan alur pasak 12 x 8 x fillet 0,5

Factor konsentrasi tegangan () pada poros bertangga

125,040

5==

ds

r

25,140

50==

ds

D

27


28/34

- Dari gambar 2.2.diperoleh nilai = 1,3

- Factor konsentrasi tegangan () pada pasak

40

5,0=

ds

fillet

= 0,0125

- Dari gambar 2.1.diperoleh nilai = 3,1

k) Tegangan geser ()

3

1,5

ds

T=

340

10714.1,5=

= 0,85 kg/mm2

- Tegangan yang diizinkan

2

2a

58,2

1,3

3.2,67

Sf.

mmkg

=

=

- Tegangan geser tanpa alur pasak

. Cb . Kt = 0,85 . 2 . 1,5

= 2,55

l) Apabila tegangan yang diizinkan lebih besar atau sama dengan

tegangan geser tanpa alur pasak maka poros yang menggunakan

bahan S 30 C dengan diameter 40 mm aman untuk digunakan.

28


29/34

kt.cb.sf. 2a

5,1.2.85,01,3

3.67,2>

55,258,2 >

- Karena Kt.b.sf. 2a

C>

, maka poros penggerak

yang menggunakan bahan S 30 C dengan diameter 40 mm aman

untuk digunakan .

3.3 Perencanaan pasak dan alur pasak

Dalam perencanaan pasak dan alur pasak yang direncanakan

sebagai berikut:

3.3.1. Perencanaan pasak dan alur pasak

a) Data : daya maksimum P = 1103,6 watt 1,1 kW

n = 100 rpm

b) faktor koreksi fc = 1,o

c) Daya yang direncanakan (Pd) dengan fc =1,0

Pd = 1,1 kW

d) Momen puntir rencana (T)

T = 10714 Kg.mm

e) Bahan poros : S 30 C

B = 48 kg/mm2

Faktor keamanan (sf1) = 6

Faktor keamanan (sf2) mempunyai nilai antara 1,3 3

29


30/34

Diambil sf2 = 3

f) Tegangan geser sa = 2,67

g) Faktor koreksi (Kt) untuk momen puntir = 1,5

Faktor lenturan (Cb) =2

h) Diameter poros ds = 40 mm

i) Gaya tangensial (F) yang terjadi

2ds

TF =

=

240

10714

= 535,7 kg

j) Ketentuan ukuran nominal pasak dapat diketahui dari tabel 2.4

- Ukuran nominal pasak 12 x 8

- Fillet 0,5

- Kedalaman alur pasak pada poros t1 = 5,0 mm

- Kedalaman alur pasak pada poros t2 = 3,3 mm

k) Bahan pasak yang dipakai adalah baja karbon konstruksi mesin jenis

S 35 C dengan kekuatan tarik B = 52 kg/mm2

l) Faktor keamanan Sf1 = 6

Faktor keamanan Sf2 = 1,3 3 diambil Sf2 = 3

m) Tegangan geser yang diizinkan (ka)

ka = 21

B

Sf.Sf

30


31/34

= 18

52

= 2,88 kg/mm2

Perhitungan panjang pasak (L)

ka = 1L.b

F

2,88 =1

L.12

7,535

L1=88,2.12

7,535

= 15,5 mm

Nilai tekanan permukaan Pa adalah 8 kg/mm2 untuk poros diameter

kecil

Maka

Pa > 22 t.L

F

L2 >3,3.8

7,535

L2 > 20,3 mm

Dimana L1 = 15,5 mm dan L2 = 20,3 mm

Diambil panjang pasak ( L2 ) = 20,3 mm

n) Panjang pasak (Lk) jangan terlalu panjang dibandingkan dengan

diameter poros antara (0,75 1,5 ds) diambil Lk = 0,75 ds

Maka Lk = 0,75 ds

= 0,75 x 40

= 30 mm

31


32/34

o) Jika b/ds sebaiknya 0,25 0,35 dan Lk/ds sebaiknya 0,75 1,5 maka

pasak tersebut aman untuk digunakan

3,040

12==

ds

b

750,40

30

ds

Lk==

p) Maka kesimpulan yang dapat diambil

Ukuran pasak 12 x 8

Fillet 0,5

Panjang pasak Lk = 30 mm

Bahan pasak S 35 C

Kekuatan tarik B = 52 kg/mm2

3.4 Perencanaan Bantalan

Dalam perencanaan bantalan yang direncanakan sebagai berikut:

Dari perencanaan poros diketahui

Diameter poros yang digerakkan ds = 40 mm

Putaran poros yang digerakkan n = 100 rpm

Diameter yang menjadi tempat bantalan = 50 mm

Maka direncanakan untuk menggunakan bantalan gelinding radial alur

dalam baris tunggal sehingga dari tabel 2.11 didapat nomor bantalan

yaitu 6010 zz

6 Menyatakan bantalan bola baris tunggal alur dalam

32


33/34

0 Menyatakan jenis beban ringan

10 Berarti 10 x 5 = 50 mm diameter dalam

zz Berarti beryl 2 (double rubber sill)

Diameter dalam (d) = 50 mm

Diameter luar (D) = 80 mm

Tebal bantalan (B) = 16 mm

Jari-jari kelengkungan r = 1,5 mm

Kapasitas nominal dinamis spesific C = 1710 kg

Kapasitas nominal statis spesific Co = 1430 kg

33


34/34

an turbin air

Documents