BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Garfik 4.3 Hubungan Antara Putaran dan Momen Torsi Puli
Dari grafik di atas dapat disimpulkan bahwa momen torsi puli penggerak tergantung pada putaran turbin. Dimana pada putaran turbin minimum (n = 1505 rpm) diperoleh momen torsi puli penggerak sebesar 31,95 kg.mm. Untuk putaran turbin maksimum (n = 4445 rpm) diperoleh momen torsi puli penggerak sebesar 2,86 kg.mm. Sedangkan pada putaran generator minimum (n = 1668 rpm) diperoleh momen torsi puli yang digerakkan sebesar 2,94 kg.mm. Untuk putaran generator maksimum (n = 4830 rpm) diperoleh momen torsi puli yang digerakkan sebesar 7,5 kg.mm.
-10 0 10 20 30 40 50 60 0 2000 4000 6000 Mo m en T o rs i P u li ( k g .m m ) Putaran (rpm)
Putaran VS Momen Torsi Puli
Putaran Turbin VS Momen Torsi Penggerak
Putaran Generator VS Momen Torsi Puli Yang Digerakkan
4.3.4 Hubungan antara Intensitas Lampu dan Daya Listrik
Grafik 4.4. Hubungan antara intensitas cahaya dan daya listrik
Dari grafik di atas dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi daya listrik semakin tinggi kualitas lampu atau semakin terang lampu yang dihasilkan. Sebaliknya, semakin rendah daya listrik lampu yang dihasilkan semakin redup.
0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 7 Int e nsi ta s C a ha y a ( %)
Daya Listrik (Watt)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
5.1.1 PERHITUNGAN PERANCANGAN TURBIN PELTON
1. Head Turbin, � = 71,35 �
2. Diameter Nosel, � = 0,002 �
3. Kecepatan Air Keluar Nosel, �= 36,32 m/detik 4. Kecepatan Keliling Roda Turbin, � = 16,68 m/detik 5. Putaran Teoritis Turbin, N = 4765 rpm
6. Putaran Spesifik Turbin Ns = 6,07 rpm 7. Ukuran Sudu :
a. Lebar sudu, �= 8 ��
b. Tinggi sudu, ℎ= 5,4 ��
c. Kedalaman sudu, � = 1,62 ��
d. Lebar celah sudu, �= 2,2 ��
e. Sudut pancaran air masuk sudu, �1 = 10o
f. Sudut pancaran air keluar sudu, �2 = 170o
8. Gaya Pancar Air Terhadap Sudu, � = 4 �
9. Daya :
a. Daya hidrolis, Pa = 81,19 W b. Daya kinetik pancaran air, �� = 75,22 �
10. Efisiensi :
a. Efiisiensi sudu turbin, �� = 89,49 %
b. Efisiensi turbin, �� = 82,91 %
11. Perencanaan Poros :
a. Daya rencana poros, �� = 0,09424 �W b. Momen puntir poros, �= 23,6 ��.��
c. Tegangan geser ijin bahan, �� = 3,63 ��/��2
d. Diameter poros, �� = 10 ��
e. Tegangan geser, �� = 0,12 ��/��2
f. Gaya tangensial poros, �� = 4,6 ��
12. Perencanaan Bantalan :
a. Beban ekuivalen dinamis, P = 9,79 N b. Faktor kecepatan, �� = 0,242
c. Faktor umur, �ℎ = 8,9
d. Umur bantalan, �ℎ = 353346 ���
13. Perencanaan Sekrup :
a. Tegangan geser ijin bahan, �� = 60,49 �/��2
b. Diameter ulir, �� = 0,363 ��
c. Diameter luar batang sekrup, � = 0,454 ��
14. Perencanaan Puli dan Sabuk : a. Rasio kecepatan, �= 0,487
b. Kecepatan sabuk, � = 0,08 �/�����
5.1.2 ANALISA HASIL PENGUJIAN
1. Dari hasil pengujian yang dilakukan pada Turbin Pelton mini dengan tekanan 7 bar, menggunakan satu buah nosel dan jumlah sudu 16 didapat daya maksimum sebesar 6 Watt dengan putaran maksimum 4830 rpm. Hal ini terjadi jika putaran generator naik maka tegangan akan naik sehingga daya pun naik dengan tekanan tetap 7 bar.
2. Dari hasil pengujian yang dilakukan pada Turbin Pelton mini dengan tekanan 7 bar, menggunakan satu buah nosel dan jumlah sudu 16 mnggunakan variasi diameter ukuran puli maka didapat;
• Putaran turbin sama dengan putaran generator jika puli di turbin sama dengan
puli di generator (nT = nG, DpT = DpG)
• Putaran turbin lebih besar dari putaran generator, jika puli di turbin lebih
kecil dari puli di generator (nT > nG, DpT < DpG)
• Putaran turbin lebih kecil dari putaran generator, jika puli di turbin lebih
besar dari puli di generator (nT < nG, DpT > DpG)
3. Semakin tinggi putaran generator semakin tinggi daya listrik yang dihasilkan sehingga kualitas lampu semakin terang.
5.2 SARAN
1. Pada percobaan berikutnya sebaiknya menggunakan jumlah sudu lebih dari 16 sudu.
2. Seharusnya diameter roda turbin diperbesar 2 atau 3 kali sehingga dapat menggunakan generator dengan tegangan yang lebih besar.
3. Seharusnya lubang diameter nosel diperbesar sehingga kapasitas alirannya menjadi besar.
4. Seharusnya menggunakan tabung gas dengan kapasitas maksimum lebih dari 8 bar sehingga waktu pengujian yang digunakan dapat lebih lama.
5. Seharusnya tabung air diperbesar 5 atau 6 kali agar waktu untuk pengujian bisa lebih lama dan data yang didapatkan lebih akurat.
6. Bagi para peneliti diharuskan menguasai alat – alat ukur yang digunakan sehingga data yang didapat lebih akurat.
7. Pada keluaran nozel udara tidak bercampur dengan air, yang menendang sudu turbin hanyalah air saja.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 TINJAUAN UMUM TURBIN AIR
Tenaga air mulai digunakan oleh manusia sudah sekitar 2000 tahun yang lalu yaitu ketika bangsa Yunani dan Romawi sudah mengenal kincir air, yang mana mereka meletakkan kincir air itu secara horizontal (arah poros kincir horizontal) di aliran sungai yang panjang. Kincir air ini digunakan tenaganya untuk menggiling jagung dengan menggunakan roda gigi. Tenaga air yang ditimbulkan oleh adanya energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh arus sungai yang mengalir tersebut yang akan memutar kincir air itu, oleh karena itu beroperasi penggilingan. Penggilingan menjadi tugas yang utama dilakukan dengan tenaga air kemudian pada perkembangannya kincir ini kemudian dikembangkan oleh bangsa-bangsa di Asia dan Eropa Timur pada masa setelah itu yaitu sekitar abad ke 4.
Gambar 2.1. Kincir Air
Karena kincir air sudah terkenal di berbagai tempat di dunia pada waktu itu, maka manusia mulai memikirkan tentang bagaimana cara meningkatkan kegunaan dari tenaga air tersebut. Manusia mulai mengubah bentuk kincir air dari keadaan yang sebelumnya, hal ini merupakan suatu langkah yang penting bagi perkembangan teknologi kincir air pada waktu
itu. Bentuk kincir pun mulai bervariasi ada yang dipasang secara horisontal dengan arah putaran roda dari kiri ke kanan. Pada awalnya, kincir air dipasang sedemikian sehingga pusat dari kincir tersebut berada di atas permukaan air dan arus air akan menggerakkan bagian bawah dari kincir tersebut sehingga kincir air dapat berputar. Kemudian, mereka akan mencelupkan kincir di bawah permukaan air yang melebihi dari orientasi yang sebelumnya. Pada abad ke 18, John Smeaton menguji kedua-duanya orientasi di atas dan menemukan bahwa kincir yang bekerja mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi.
Pada abad sesudahnya para insinyur telah dapat menyempurnakan kincir air menemukan dua peningkatan, diantaranya adalah sudu dari kincir air yang dibengkokkan dapat bekerja lebih baik ,dan yang kedua adalah dapat diketahui posisi yang lebih tepat dari roda sehingga dihasilkan kincir air yang efisien. Pengembangan ini membantu orang-orang dalam penggunaan dari kincir air yang sudah mempunyai tenaga yang lebih dari sebelumnya. Tenaga yang lebih tersebut tidak hanya untuk menggiling hasil panen seperti jagung dan gandum, tetapi juga dapat digunakan sebagai tenaga untuk menggerakkan konveyor, sehingga masalah pengangkutan di dalam suatu pengilingan dapat diatasi dengan penggunaan tenaga kincir air. Pada abad ke 19, turbin air telah ditemukan, dan lambat laun mulai menggeser penggunaan dari kincir air. Manusia mulai meninggalkan kincir air karena melihat bahwa turbin air jauh lebih efisien dibanding dengan kincir air. Bagaimanapun, kincir air masih tersisa di seluruh dunia sampai hari ini.
2.2 KLASIFIKASI TURBIN AIR
2.2.1 Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah turbin air yang cara kerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir dalam bentuk putaran. Sudu pada turbin reaksi
mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Dilihat dari konstruksinya, turbin reaksi ada dua jenis :
1. Turbin Francis
Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.
Gambar 2.2. Turbin Francis
2. Turbin Kaplan.
Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda dengan roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin. Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang tahun. Turbin Kaplan dapat
beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada.
Gambar 2.3. Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur
2.2.2 Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi puntir dalam bentuk putaran poros. Atau dengan kata lain, energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel.
1. Turbin Pelton.
Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.
Gambar 2.4. Turbin Pelton
Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.
2.3 PERBANDINGAN KARAKTERISTIK TURBIN
Perbandingan karakteristik turbin dapat dilihat pada grafik head (m) vs flow (m3/s) di bawah ini.
Gambar 2.5. Perbandingan karakteristik turbin
Pemilihan turbin kebanyakan 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 tempat dengan head rendah. Pada gambar 2.5 terlihat bahwa turbin pelton adalah turbin yang beroperasi pada head yang menengah hingga tinggi dengan kapasitas aliran air yang menengah, atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah.
Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head yang didapatkan adalah sebagai berikut ini :
1. Turbin Kaplan : 0 < H < 25 meter. 2. Turbin Francis : 25 < H < 50 meter. 3. Turbin Pelton : 30 < H < 300 meter. 4. Turbin Banki : 2 < H < 200 meter.
Untuk arah aliran turbin dapat diuraikan sebagai aliran radial, aksial, dan tangensial berkenan dengan roda. Apabila aliran tidak ada yang sejajar, maupun tegak lurus poros, tetapi pada umumnya dalam arah bersiku berkenan dengan poros, aliran tersebut dapat disebut sebagai aliran diagonal. Pada tabel di bawah adalah ringkasan dari aliran yang umumnya terjadi pada turbin yang biasa dipergunakan.
Tabel. 2.1. Penggolongan Berdasarkan Arah Aliran (Sumber : M.M. Dandekar & K.N. Sharma, 1991 : 398)
Jenis turbin Arah aliran Francis Radial atau gabungan
Pelton Tangensial
Kaplan Aksial
2.4 TEKANAN KERJA
Tekanan fluida dipancarkan dengan kekuatan yang sama ke semua arah dan bekerja tegak lurus pada suatu bidang. Dalam bidang datar yang sama kekuatan tekanan dalam suatu cairan sama. Pengukuran suatu tekanan dilakukan dengan menggunakan berbagai bentuk meteran.
Persamaan momentum (kontinuitas) untuk pipa yang dialiri fluida, dimana sifat fluida konstan sebagai berikut:
�2 γ + �22 2� +�2 = �1 γ + �12 2� +�1+ � ... (2.1) �2 γ − �1 γ = �12 2� − �22 2� +�1− �2 + � Dimana, �22 2� − �12 2� dan γ konstan
Gambar 2.6. Perbedaan tekanan pada dua titik pengukuran
Berdasarkan gambar 2.6, perbedaan tekanan antara dua titik pada ketinggian berbeda dalam suatu cairan dinyatakan oleh pada gambar, diasumsikan perbedaan ketinggian z diubah menjadi h sehingga didapat persamaan :
�2− �1 = � .� (ℎ1 − ℎ2) ... (2.2) Dimana :
�2− �1 = Perbedaan tekan (Pa) � .� = Satuan berat cairan (N/m3)
(ℎ1− ℎ2) = Perbedaan ketinggian (m)
Jika titik 1 berada di permukaan bebas cairan dan h positif ke arah bawah, persamaan di atas menjadi :
p = ρ . g . h
... (2.3) Dimana :p = Tekanan (Pa)
ρ = Massa jenis (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi (m/detik2) h = Ketinggian (m)
Persamaan-persamaan tersebut dapat digunakan selama besarnya p tetap atau berubah sedikit sekali bersama h sehingga tidak mengakibatkan kesalahan yang cukup berarti dalam hasil perhitungan.
Head (h) menyatakan tinggi suatu kolom fluida homogen yang akan menghasilkan suatu kekuatan tekanan tertentu, maka :
ℎ=
�2.5 DASAR PEMILIHAN TURBIN 2.5.1 Perencanaan Saluran Udara dan Air
2.5.1.1 Selang Saluran Udara
Selang saluran udara yang digunakan adalah selang komproser yang berdiameter 6 mm dengan bahan dari karet. Selang ini digunakan untuk mengalirkan udara dari tabung udara ke tabung air dengan perantaraan regulator.
Gambar 2.7. Selang saluran udara
2.5.1.2Selang Saluran Air
Selang saluran air yang digunakan adalah selang kompresor yang berdiameter 9 mm. Selang ini digunakan untuk mengalirkan air dari tabung udara ke nosel kemudian tembakan air diteruskan ke sudu turbin.
2.5.2 Perencanaan Nosel
Nosel adalah alat untuk mengekspansikan fluida sehingga kecepatannya bertambah. Nosel pada Turbin Pelton mempunyai peranan dalam mengatur kecepatan aliran fluida ketika menabrak runner. Untuk memudahkan pengaturan kecepatan fluida yang melalui nosel tersebut biasanya pada nosel dipasang sebuah guide vane (kran) yang berfungsi sebagai katub atau valve yang mengatur besar kecilnya lubang pada nosel yang akan dilalui fluida.
Gambar 2.9. Nosel
Persamaan untuk menentukan diameter nosel adalah sebagai berikut :
�= 0,54 �√�� ... (2.5) Dimana :
d = Diameter nosel (m)
Q = Kapasitas aliran air (m3/detik) H = Head turbin (m)
2.5.3 Perencanaan Turbin
2.5.3.1 Kecepatan Air Keluar Nosel
� = ���2.�.� ... (2.6) Dimana :
v = Kecepatan air keluar nosel (m/detik) Cv = Koefisien kecepatan = 0,97 s.d 0,99 g = Percepatan gravitasi bumi = 9,81 (m/detik2)
H = Head Turbin (m)
2.5.3.2 Kecepatan Keliling Roda Turbin
�= ∅�2.�.� ... (2.7) Dimana :
u = Kecepatan keliling roda turbin (m/detik) ∅ = Speed ratio = 0,43 s.d 0,47
g = Percepatan gravitasi bumi = 9,81 (m/detik2) H = Head Turbin (m)
2.5.3.3 Putaran Teoritis Turbin
� =
60 ���
... (2.8)
Dimana :
N = Putaran poros turbin (rpm) D = Diameter roda jalan (m)
u = Kecepatan keliling roda turbin (m/detik)
Gambar 2.10. Rumah turbin pelton
2.5.3.4 Ukuran Sudu
1. Lebar sudu (b)
2. Tinggi sudu (h)
ℎ = (2,1 �.� 2,7) � ...(2.10) 3. Kedalaman sudu (t)
� = (0,81 �.� 1,05) � ...(2.11) 4. Lebar celah sudu (m)
� = (1,1 �.� 1,25) � ...(2.12) 5. Sudut pancaran air masuk sudu (β1)
�1 = 5o �.� 8o ...(2.13) 6. Sudut pancaran air keluar sudu (β2)
�2 = 160o�.� 170o ...(2.14)
Gambar 2.11. Sudu turbin
2.5.3.5 Gaya Pancar Air Terhadap Sudu
�= � .� (� − �)(1− �����2) ... (2.15) Dimana :
F = Gaya pancar air terhadap sudu (N)
ρ = Massa jenis air = 1000 (kg/m3) Q = Kapasitas aliaran air (m3/detik) v = kecepatan air keluar nosel (m/detik) u = Kecepatan keliling roda turbin (m/detik) k = Faktor gesek permukaan sudu = 0,8 – 0,9
Gambar 2.12. Diagram vektor kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar sudu
2.5.3.6 Daya
1. Daya Hidrolis
Pa= ρ . g . Ht . Q ... (2.16) Dimana :
Pa = Daya hidrolis air (W)
ρ = Massa jenis air = 1000 (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi bumi = 9,81 (m/detik2) �� = Head turbin (m)
Q = Kapasitas air keluar nosel (m3/detik)
2. Daya Kinetik Pancaran Air
�� = 12 � .� .�3 ... (2.17) Dimana :
Pk = Daya kinetik pancaran air (W)
ρ = Massa jenis air = 1000 (kg/m3) A = Luas penampang nosel (m2)
= �
v = Kecepatan aliran air (m2/detik) 3. Daya Poros Turbin
��= � .� ... (2.18) Dimana :
PT = Daya poros turbin (W)
F = Gaya pancar air terhadap sudu (N) u = Kecepatan keliling roda turbin (m/detik)
2.5.3.7. Putaran Spesifik
Kecepatan spesifik setiap turbin mempunyai kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2. Putaran Spesifik Turbin
(Sumber : M.M. Dandekar & K.N. Sharma, 1991 : 398)
Penggerak Kecepatan khusus (putaran dalam semenit, rpm)
Lambat Sedang Cepat
Pelton 4 – 15 16 – 30 31 – 70
Francis 60 – 150 151 – 250 251 – 400 Kaplan 300 – 450 451 – 700 701 – 1100
Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin, maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah, bahkan dimensi dasar turbin dapat diestimasi (diperkirakan).
�
�=
�√��5�4
. ... (2.19)
dimana:Ns = putaran spesifik (rpm) N = putaran turbin (rpm) P = daya (kW)
H = Head (m)
2.5.3.8 Efisiensi
1. Efiisiensi Sudu Turbin �� = ��
�� . 100 % ... (2.20)
Dimana :
ηR = Effisiensi sudu turbin PT = Daya poros turbin (W)
Pk = Daya kinetik pancaran air (W) 2. Efisiensi Turbin
�� = ��
�� . 100 % ... (2.21)
Dimana :
ηT = Effisiensi sudu turbin PT = Daya poros turbin (W) Pa = Daya hidrolis air (W)
2.5.4 Perencanaan Poros
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan daya bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam mentransmisikan putaran dan daya seperti itu dipegang oleh poros.
Gambar 2.13. Poros turbin
2.5.4.1 Macam-macam Poros
Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya, sebagai berikut :
1. Poros Transmisi
Poros transmisi mendapatkan beban puntir saja atau puntir dan lentur dan pengaplikasiannya, tetapi ada juga poros transmisi yang mengalami pembebanan berupa puntir, lentur, dan aksial. Poros seperti itu biasanya terdapat pada turbin dimana gaya aksial terjadi karena tumbukan dari fluida kerja yang mengenai sudu. 2. Poros Spindel
Spindel adalah poros yang ukurannya lebih pendek dari poros transmisi. Fungsinya untuk meneruskan putaran sehingga mendapatkan pembebanan puntir. Poros ini harus memiliki kekakuan yang tinggi, karena ditempatkan pada daerah yang kritis. Pengaplikasiannya seperti pada mesin perkakas atau pada poros motor penggerak. Poros spindel dianggap menerima puntiran saja.
3. Poros Gandar
Pada poros jenis ini pembebanan yang terjadi adalah lentur murni, dimana tidak mendapat beban puntir, kadang-kadang tidak boleh berputar. Gandar hanya
mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.
Menurut bentuknya, gandar dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol, poros luwes untuk transmisi daya kecil, dan lain-lain. Karena poros gandar tidak boleh berputar sehingga dianggap hanya menerima beban lentur saja.
2.5.4.2 Hal-hal Penting Dalam Perencanaan Poros
Untuk merencanakan sebuah poros hal-hal sebagai berikut perlu diperhatikan : a. Kekuatan Poros
b. Kekakuan Poros c. Putaran Kritis d. Korosi
e. Bahan Poros
Untuk menentukan diameter poros harus ditentukan terlebih dahulu hal-hal berikut :
1. Daya Rencana Poros
Untuk menghitung diameter poros yang diperlukan, maka harus dihitung terlebih dahulu daya rencana yaitu dengan persamaan berikut ini :
�� = �� .� ... (2.22) Dimana :
Pd = Daya rencana (kW) fc = Faktor koreksi P = Daya alternator (kW)
Faktor koreksi yang diperlukan untuk menghitung daya rencana yang diperlukan terdapat pada tabel....
Tabel 2.3. Faktor-faktor koreksi daya (fc) (Sularso, 1994 : 7)
Daya yang ditransmisikan Faktor koreksi (fc)
Daya rata-rata yang diperlukan 1,2 – 2,0 Daya maksimum yang diperlukan 0,8 – 1,2
Daya normal 1,0 – 1,5
2. Momen Puntir Poros
Setelah melakukan perhitungan besar daya rencana, maka momen puntir dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
�= 9,74 . 105 ��
� ... (2.23)
Dimana :
T = Momen puntir (kg.mm) Pd = Daya rencana turbin (kW) n = Putaran turbin (rpm)
3. Tegangan Geser Ijin Bahan
Untuk menghitung tegangan geser ijin bahan, maka perlu diketahui terlebih dahulu kekuatan tarik bahan poros. Persamaan untuk menghitung tegangan geser ijin bahan adalah sebagai berikut :
�� = ����
1 . ��2
Dimana :
�� = Tegangan geser ijin bahan (kg/mm2) �� = Kekuatan tarik bahan (kg/mm2)
��1 = Faktor keamanan puntir
��2 = Faktor keamanan akibat pengaruh konsentrasi tegangan dengan harga antara 1,3 – 3,0
4. Diameter Poros
Dalam perencanaan poros ini diperkirakan akan terjadi beban lentur maka akan dipertimbangkan pemakaian faktor Km yang harganya antara 1,2 sampai 2,3 dan harga Kt harus diperhatikan yang harganya antara 1,5 sampai 3,0 serta Momen puntir dan beban aksial akibat tumbukan dari fluida kerja yang mengenai sudu, sehingga diameter poros dihitung dengan persamaan :
�� = [ 5,1�
� �(�� .�2) + (�� .�2)]1/3 ...(2.25) Dimana :
ds = Diameter poros (mm)
�� = Tegangan geser yang diijinkan (kg/mm2)
M = Momen lentur (kg.mm) T = Momen puntir (kg.mm)
�� = Faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban
lentur yang harganya 1,2 – 2,3
�� = Faktor koreksi terhadap momen puntir yang besarnya : 1,0 jika beban dikenakan halus
1,0 – 1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan 1,5 – 3,0 jika beban dikenakan kejutan atau tumbukan
2.5.4.3 Pemeriksaan Kekuatan Poros
Hasil diameter poros yang dirancang harus diuji kekuatannya. Pemeriksaan dapat dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadi akibat tegangan puntir yang dialami poros. Jika tegangan geser lebih besar dari tegangan geser ijin dari bahan tersebut, maka perancangan akan dikatakan gagal.
1. Tegangan Geser Pada Poros
Bila momen puntir T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros maka tegangan geser �� (kg/mm2) yang terjadi dihitung dengan persamaan berikut :
�� = 16 �
� . ��3 ... (2.26) Dimana :
τp = Tegangan geser akibat momen puntir (kg/mm2) T = Momen puntir yang ditransmisikan (kg.mm) ds = Diameter poros (mm)
2. Gaya Tangensial Poros
Gaya tangensial poros dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
�� =�� �
� . ��2� ... (2.27) Dimana :
Fp = Gaya tangensial poros (kg) T = Momen puntir (kg.mm) ds = Diameter poros (mm)
��2 = Faktor keamanan akibat pengaruh konsentrasi tegangan dengan harga antara 1,3 – 3,0
2.5.5 Perencanaan Bantalan
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerak bolak-balik dapat bekerja dengan aman, halus dan panjang umur. Bantalan harus kokoh untuk memungkinkan poros atau elemen mesin lainnya dapat bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak bekerja dengan baik, maka prestasi kerja seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja semestinya. Jadi, jika disamakan pada gedung, maka bantalan dalam permesinan dapat disamakan dengan pondasi pada suatu gedung.
2.5.5.1 Klasifikasi Bantalan
Berdasarkan dasar gerakan bantalan terhadap poros, maka bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Bantalan luncur
Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban yang besar. Bantalan ini memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dibuat dan dipasang dengan mudah. Bantalan luncur memerlukan momen awal yang besar karena gesekannya yang besar pada waktu mulai jalan. Pelumasan pada bantalan ini tidak begitu sederhana, gesekan yang besar antara poros dengan bantalan menimbulkan efek panas sehingga memerlukan suatu pendinginan khusus.
Lapisan pelumas pada bantalan ini dapat meredam tumbukan dan getaran sehingga hampir tidak bersuara. Tingkat ketelitian yang diperlukan tidak setinggi bantalan gelinding sehingga harganya lebih murah. Adapun macam-macam dari bantalan luncur adalah sebagai berikut :
a. Bantalan radial b. Bantalan aksial c. Bantalan khusus 2. Bantalan gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol jarum dan rol bulat. Bantalan gelinding pada umumnya cocok untuk beban kecil daripada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya. Putaran pada bantalan ini dibatasi oleh gaya sentrifugal yang timbul pada elemen gelinding tersebut. Bantalan gelinding hanya dibuat oleh pabrik-pabrik tertentu saja karena konstruksinya yang sukar dan ketelitiannya yang tinggi. Harganya pun pada umumnya relatif lebih mahal jika dibandingkan dengan bantalan luncur.
Bantalan gelinding diproduksi menurut standar dalam berbagai ukuran dan bentuk, hal ini dilakukan agar biaya produksi menjadi lebih efektif serta memudahkan dalam pemakaian bantalan tersebut. Keunggulan dari bantalan gelinding yaitu,