[1] Budinas,Nisbett. Sigley’s Mechanical engineering Design,Eighth Edition [2] Brown, T.H, Jr., 2005, Marks’ Calculations for Machine Design,
McGraw-Hill companies, New York.
[3] Deutschman,Aaron.Machine Design.Machmillar PublishingCo.,Inc.NewYork [4] George H. Martin. 1984. Kinematika dan Dinamika Teknik Jilid II. Erlangga.
Jakarta
[5] Hibbeler,RC.2007. Engineering Mechanics Dynamics. 11 th Edition. Prentice Hall. Singapore.
[6] R. S. Khurmi. 2005. Flywheel. S. Chand. Co Ltd
[7] Sularso.Dasar Perencanaandan Pemilihan Elemen Mesin. Cetakan Kesembi-lan. PT.Pradnya Paramita. Jakarta.
[8] http://ezrahd11.blogspot.com/2013/05/macam-macam-roda-gigi.html [9] http://teknik-mesin1.blogspot.co.id/2011/11/perancangan-pegas-ulir-helical
spring.html
[10] http://slj-teknik.com
[11] http://thegreenblog.net/2016/06/17/kenapa-memilih-rantai-berikut-kelebihan-dan-kekurangan-belt-dan-shaft-drive/
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu 3.1.1 Tempat
Pelaksanaan kegiatan penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Imfact and Fracture Research Center dan Laboratorium Proses Produksi Departemen Teknik Me-sin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.1.2. Waktu
Waktu pelaksanaan penelitian ini direncanakan selama enam bulan dari penelitian bulan september.
3.2 Peralatan dan Bahan 3.2.1 Peralatan
Peralatan yang digunakan selama proses pembuatan sistim mekanik speed bump adalah sebagai berikut:
1. Mesin Las Listrik
Mesin las listrik digunakan sebagai penyambung antar logam agar merekat dengan erat. Mesin las listrik dapat dilihat pada gambar 3.1.
Gerinda tangan digunakan sebagai pengalusan logam hasil pengelasan. Gerin-da tangan Gerin-dapat dilihat paGerin-da gambar 3.2.
Gambar 3.2 Gerinda tangan 3. Multimeter
Multimeter berfungsi sebagai pengukur aras yang dihasilkan generator saat berputar akibat lindasan mobil. Multimeter dapat dilihat pada gambar 3.3.
Gambar 3.3 multimeter Spesifikasi:
Tegangan DC : 600mV: 100MΩ > Range lain: 10MΩ
Tegangan AC :Input Impedance 10MΩ,Crest Factor 3,0,Reading,True rms,Frekuensi 40Hz 1kHz.
Arus DC : A/mA,630mA/690V,10A,10A/690V ,Max input curret (10A
duration 10 <10 secs >15 minutes,Frekuensi (40Hz 1kHz).
4. Tachometer
Tachometer ini berfungsi sebagai pengukur putaran (rpm) poros pada system mekanik speed bump. Tachometer dapat dilihat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 tachometer Spesifikasi:
Contact Test Range (rpm) : 2 to 20,000 Non-contact Test Rangge (rpm) : 2 to 99,999 Tot Test Range (rpm) : 1 to 99,999
Accuracy : (0.05% + 1 digit)
Resolution (rpm) : 0.1 (2 to 9999.9),1 (over 10000) Sampling Time : 0,5 sec.(over 120 rpm)
Detecting Distance (mm) : 50 to 500
Time Base : Quartz crystal
Power Consumption (mA) : Approx.45
Battery (v) : 9
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam perancangan system mekanik speed bump ini adalah sebagai berikut:
1. Generator
Gambar 3.5 Generator Spesifikasi motor:
Tegangan : 18 volt
Daya : 8 watt
Jumlah lilitan : 6000 lilitan Kuat medan magnet : 0,025 T Luas penampang kumparan : 31,42 cm2
Putaran : 195 rpm
2. Baut
Baut digunakan sebagai alat pengunci komponen Speed bump. Jenis baut yang digunakan adalah baut M-12 X 80. Baut dapat dilihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Baut M-12 X 80. 3. Roda gigi
Gambar 3.7 Roda gigi 4. Plat Besi
Plat besi berfungsi sebagai dudukan speed bump. Plat besi dapat dilihat pada gambar 3.8.
Gambar 3.8 Plat besi 5. Besi hollowBesi
hollow berfungsi sebagai tiang penyangga sehingga speed bump bisa berdiri dengan tegak . Seperti ditunjukkan pada gambar 3.9.
Pegas ini berfungsi untuk sebagai pengerak pinyon dan roda gigi sehingga speed bumd dapat naik turun. Pegas dapat dilihat pada gambar 3.10.
Gambar 3.10 pegas 8. Rantai
Rantai berfungsi sebagai penerus putaran dari roda gigi rack untuk mengerakan gen-erator. Rantai dapat dilihat pada gambar 3.11.
Gambar 3.11 Rantai 3.3 Pembuatan desain system mekanik speed bump
Gambar: 3.12 Sket sistem mekanik speed bump 2D, (1) Pandangan depan (2) Pandangan atas
(1)
Nama Symbol Dimensi Satuan
Panjang P 400 mm
Lebar L 200 mm
Tinggi T 400 mm
Gambar 3.13 Sistem mekanik speed bump 3.4 Sistem Kerja Speed bump penghasil daya
Gambar 3.14 Sistem kerja speed bump
Energi yang terjadi pada sistem mekanik speed bump ini adalah kekekalan en-ergi, dimana pada saat system mekanik speed bump beroperasi v = 0,x = max. Se-hingga:
E = m (0)2 + k.x2 E = k.x2
Dalam rancang bangun sebuah system mekanik speed bump penghasil daya listrik, sebelumnya diperlukan tahapan- tahapan dalam proses pembuatannya hingga menghasilkan sebuah prototype.
Diagram alir penelitian ditunjukkan oleh gambar 3.15.
Mulai Studiliteratur :Bukureferensi,
jurnal, internet
Perancangan system mekanik speed bump,
Selesai
Respon kekuatan bahan dapat diamati saat
pen-gujian
Persiapan pengujian: Pengujian system mekanik speed bump penghasil daya listrik dengan dilindas langsung
ken-daraan.
Penentuan dimensi system mekanik speed bump dengan
mempertim-bangkan standar nasional
Gambar 3.15. Diagram alir Penelitian Tidak
BAB 4
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE
4.1 PERANCANGAN ALAT PEMBANGKIT DAYA
Perancangan alat ini bertujuan untuk memperoleh energy yang dihasilkan akibat adanya beban impuls yang diterima oleh speed bump dimana speed bump ter-sebut menggerakkan Generator. Sistem mekanik speed bump dapat dilihat pada gam-bar 4.1.
Gambar 4.1 Sistem mekanik speed bump
Pada alat ini terdapat beberapa komponen utama: 1. Generator
2. Spur Gear (Roda Gigi) 3. Poros
4. Bearing (Bantalan) 5. Rantai
6. Pegas
7. Flywheel (Roda Gila)
Motor yang digunakan pada system pembangkit daya ini adalah motor DC yang biasanya dipakai oleh kereta odong-odong untuk menghidupkan lampu LED. Motor yang digunakan termasuk jenis small dynamo. Generator elektirik ditunjukan pada gambar 4.2.
Gambar 4.2 Generator elektrik Spesifikasi Motor:
Tegangan : 18 Volt
Daya : 8 W
Jumlah Lilitan : 6000 lilitan
Kuat Medan Magnet : 0,025 T Luas Penampang Kumparan : 31,42 cm
Putaran : 250 rpm
4.1.2 Roda Gigi
Untuk memberikan putaran pada poros generator maka dibutuhkan spur gear. Spur gear yang digunakan disesuaikan dengan kondisi speed bump yang telah
Gambar 4.3 Roda gigi
Spesifikasi data perencanaan:
Daya ouput generator : P = 8 watt
Putaran poros 2 : n
2 = 800 rpm
Perbandingan kecepatan : r
v = 2,2
Jarak antar poros (c) : 15 cm = 5,90 in Putaran poros output : 1000 rpm Diketahui: rv =
=
=
1. Jarak antara kedua pusat roda gigi (C)
C =
= 5,90 =
= d
p= 11,8
–
d
g
=
=
=
d
g= 5,24 in
dp = 11,8 – 5,24 dp = 6,56 in
2. Kecepatan keliling (Vp) Vp =
=
= 1373 ft/m
3. Gaya yang bekerja pada roda gigi a. Torsi
T =
=
F
t=
=
= 384,15 lb
c. Gaya dinamis (Fd) Fd =
Gaya dinamis ditentukan berdasarkann kecepatan kelilingnya,yaitu untuk 0< Vb≤ 2000 ft/min.
Fd =
= 1263,2 lb
4. Perhitungan tebal roda gigi
Ditentukan berdasarkan beban keausan Buckingham. Rumus:
Fw = dP × b × Q × K a. Q =
=
= 0,36
b. K = factor keausan beban (wear load factor)
Ditentukan berdasarkan sudut tekan ɸ dan data materialnya. Direncanakan pinion dan gear terbuat dari material yang sama, Forget carbon steel (SAE 2345 hardned by OQT). Dan sudut tekan ɸ = FD (full depth)
Dari tabel 10-3 buku Buckingham didapat:
Safe static stress : so = 50.000 psi. Kekerasan bahan: BHN = 475. Dari tabel 10-11 buku Buckingham didapat: K = 595 lb/in2
c. Gaya dinamis Fd = Fw (allowable wear load) Sehingga tebal gigi adalah
b =
=
5. Perhitungan jumlah gigi
Syarat: < P < (P = diameter pitch) didapat 17 < P < 23 diambil P = 19 (sesuai
standar P)
a. Jumlah gigi pada pinion
Nt,p = dp × P = 5,56 ×19 = 105 gigi Jumlah gigi
Nt.g = dg × P = 5,24 ×19 = 99 gigi
6. Pengecekan roda gigi dengan metode AGMA
Sad =
Jadi Sad = = 54.134 psi Dimana:
Sad = Tegangan ijin max perencanaan (psi)
= 60.000 psi dari kekerasan 475 BHN untuk bahan steel Sat = Tegangan ijin material (psi)
KL = Faktor umur = 1.2 dengan harapan roda gigi dapat dipakai lebih dari 106 putaran KT = Faktor temperutur
KR = Faktor keamanan
Sedangkan nilai KT dapat dihitung dengan persamaan : KT =
=
= 1
Pada perancanaan bantalan ini digunkan bantalan dengan type sigle row an-gular contack ball bearing, dengan alas an bantalan ini dapat menahan dua jenis beban yaitu jenis beban radial dan jenis beban aksial. Karena dalam operasi hanya beberapa bola atau kadang-kadang hanya satu bola yang menanggung beban radial-nya, sehingga bola-bala yang lain dapat berfungsi menahan beban aksialnya. Disamping itu bantalan ini juga mempunyai kemampuan menyesuaikan diri bila ter-jadi ketidaksesuain atau ketidaksenteran sumbu poros dengan sumbu bantalan akibat adanya deflrksi poros atau adanya perubahan penurunan pondasi.
1. Perencanaan bantalan pada poros 1 ( bantalan 1 dan 2) Diketahui:
Diameter poros 1 = 1,96 in = 49,784 mm Putaran poros 1 = 100 rpm
Umur bantalan = 1 tahun, 8 jam kerja per hari = 2920 jam
1. Bantalan A
a. Gaya-gaya reaksi Fa = FAx = 493,0964 lb Fr = √FAy2 + FAZ2
Fr =√ 373,8189 lb2 + 854,72 lb2 = 932,892 lb
b. Beban equivalent P = X.V.Fr+Y.Fa Dimana:
X = Faktor gaya radial diasumsikan 0,56 ( sudut ɑ = 00 ) V = Faktor rotasi diasumsikan 1 ( inccr rotating )
Y = Faktor gaya aksial diasumsikan 1,55 (sudut ɑ = 00 ) P = (0,56) × (1) × ( 932,892 lb) + (1,55) × (493,096 lb) P = 1.226,72 lb
L10 =
×
C =
√
C =
√
C =
√
C = 3186,08 lbf 2. Bantalan B
a. gaya-gaya reaksi Fa = FBx = 0 lb
= √
= √ +
= 644,324 lb b. Beban equivalent P = X.V.Fr+Y.Fa Dimana:
X = Faktor gaya radial diasumsikan 1 ( sudut ɑ = 00 ) V = Faktor rotasi diasumsikan 1 ( inccr rotating ) Y = Faktor gaya aksial diasumsikan 1,55 (sudut ɑ = 00) P = (1) × (1) × ( 644,342 lb) + (1,55) × (0 lb)
P = 462,421 lb c. Beban dinamik L10 = × C = √
C = √
C = √
C = 1201,02 N 4.2.4 Pegas
Perancangan pegas kejut biasanya berhubungan dengan gaya, momen torsi, defleksi dan tegangan yang dialami oleh pegas. Pegas kejut banyak kegunaannya da-lam konstruksi mesin, yakni sebagai pengontrol getaran. Khusus pada perancangan ini, pegas kejut digunakan untuk meredam kejutan pada saat penyambungan.
Gambar 4.4 Pegas: (a) Panjang mula-mula pegas, (b) panjang pegas setelah diberi beban di mana:
D = diameter pegas
d = diameter penampang pegas
L0 = panjang pegas pada operasi normal
L = panjang pegas pada pembebanan maksimum 1. Konstanta pegas
Untuk menentukan nilai konstanta pegas, berlaku hokum hooke yang dirumuskan sebagai berikut:
F = k. x
400 N = k. x
K =
=
= 8000 N/m
Dimana: F = Gaya pegas (newton) K = Konstanta pegas (N/m)
Lo
400 kg
0,05 m
x= Simpangan (meter)
2. Pemilihan Bahan
Bahan pegas yang paling umum digunakan adalah pegas menurut standard JIS dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70 yang dapat disepuh dengan baik setelah pegas terbentuk. Sifat mekanis untuk bahan SUP adalah sebagai berikut:
3. Modulus gelincir G = 8 x 103 kg/mm2
4. Ultimate tensile strength = 60 sampai dengan 70 kg/mm2 3. Lenturan (Defleksi) pegas
besarnya defleksi pegas ulir dapat diturunkan dengan cara analisis deformasi kawat pegas akibat puntiran.
=
=
= 0,003.10
3 y = = 133,33.10 3 m 4.2.5 Poros
Poros merupakan salah satu bagian yang terpe nting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran.
1. Mendesain Poros
Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam factor keamanan biasanya dapat ddiambil alam perencanaan,sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika factor koreksi adalah fc. Maka daya rencana Pd (kW) sebagai patokan.
Pd = fcP(kw)
Tabel 4.1 Faktor – factor koreksi daya yang akan ditransmisikan,fc
Dik:
daya generator : 8 KW Putaran(n) : 250 rpm Pd = fc.P
= 1,5 × 8 kw = 12 kw
Daya yang Akan Ditransmisikan fc
Daya rata-rata yang diperlukan 1,2 - 2,0
Daya maksimum yang diperlukan 0,8 - 1,2
Dengan adanya daya dan putaran, maka poros akan mendapat beban berupa momen punter. Oleh sebab itu dalam penentuan ukuran-ukuran utama dari poros akan dihitung berdasarkan beban punter serta kemungkinan-kemungkinan keju-tan/tumbukan dalam pembebanan.
Besarnya momen puntir yang dikerjakan pada poros dapat dihitung dari rumus dibawah ini:
n P Mp 9,74105 d Dimana:
MP : momen puntir Pd : daya rencana N : putaran ( rpm ) Mp = n Pd 5 10 74 , 9 = 250 12 10 74 ,
9 5 kw
= 0,468 × 105 kg.mm 3. Bahan Poros
Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja karbon yang difinis dingin (disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di-kill (baja yang dideoksidasi-kan dengan ferrosilikon dan dicor, kadar karbon terjamin). Jenis-jenis baja S-C beser-ta sifat-sifatnya. Seperti ditunjukan pada beser-tabel 4.2.
Tabel 4.2 Batang baja karbon yang difinis dingin (Standar JIS) Lambang Perlakuan
Panas
Diameter (mm)
Kekuatan Tarik (kg/mm2)
Kekerasan HRC
(HRB)
HB
S35C-D Dilunakkan
nakkan rang 21 – 80
58 – 72 (84) – 19 160-225
S45C-D
Dilunakkan
20 atau ku-rang 21 – 80
65 – 86 60 – 76
(89) – 27 (85) – 22
- 166-238 Tanpa
dilu-nakkan
20 atau ku-rang 21 – 80
71 – 91 66 – 81
12 – 30 (90) –24)
- 183-253
S55C-D
Dilunakkan
20 atau ku-rang 21 – 80
72 – 93 67 – 83
14 – 31 10 – 26
- 188-260 Tanpa
dilu-nakkan
20 atau ku-rang 21- 80
80 – 101 75 – 91
19 – 34 16 – 30
- 213-285
Dalam perancangan ini, bahan untuk poros input dan poros output dipilih sa-ma, yaitu bahan jenis S45C-D dengan kekuatan tarik b = 65 kg/mm2. Tegangan
ge-ser izin dari bahan ini diperoleh dari rumus :
2 1 f f b a S S
dimana: a = tegangan geser izin (kg/mm2)
b = kekuatan tarik bahan (kg/mm2)
Sf1 = faktor keamanan yang bergantung pada jenis bahan, di mana untuk bahan S-C besarnya adalah 5,6
2 f
S = faktor keamanan yang bergantung dari bentuk poros, di mana har-ganya berkisar antara 1,3 – 3,0.
Untuk harga 2 f
S diambil sebesar 2 maka tegangan geser izin bahan jenis S35C-D adalah
5,6 2
65
a
2
/ 8 ,
5 kg mm
4. Diameter Poros
3 . . 1 , 5
t b p
a
p K C M
d di mana:
dp = diameter poros (mm)
a = tegangan geser izin (kg/mm2)
Kt = faktor koreksi tumbukan, harganya berkisar antara 1,5 – 3,0
Cb = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban lentur, jika terjadi
pemakaian dengan beban lentur maka Cbharganya antara 1,2 sampai 2,3, jika
tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb harganya 1,0
Mp = momen puntir yang ditransmisikan (kgmm).
3 1 3 10 × 0,468 8 , 5 1 , 5
3 1 3 10 . 964 , 0 = 46 mm ≈ 5 cmJadi diameter pada perancangan sistem mekanik speed bump ini adalah sebesar 5 cm. 4.2.6 Perhitungan rantai
Roda rantai adalah sistem pergerakan kendaraan dengan menggunakan sabuk kontinu yang dikendalikan oleh dua atau lebih roda. Alasan pemilihan rantai pada system mekanik speed bump ini adalah karna memiliki kemampuan lebih baik untuk mengurangi power loss (hilangnya tenaga) dari roda gigi menuju poros tor [ ]. Menurut Pak Sriyono, power loss rantai ada di angkat 5-10%.
Diketahui:
Daya yang dubutuhkan : 0,008 hp Putaran yang ditransmisikan : 100 rpm
Gambar 4.5 Grafik pemilihan rantai (Gambar besar terlampir)
Berdasarkan grafik pemilihan rantai, maka digunkan chain no.25 dengan spesifikasi sebagai berikut:
Pitch : 0,250 in
Roll diameter : 0,129 in
Width : 0,125 in
H : 0,236 in
Pin diameter : 0,090 in
T : 0,029 in
L : 0,299 in
(Gambar besar terlampir) 4.2.7 Roda Gila (Flywheel)
Fly wheel yang digunakan dalam penelitian ini menyesuaikan kondisi yang ada di pasaran. Fly wheel dapat dilihat pada gambar 4.7.
Gambar 4.7 Roda Gila Dimana:
m = Massa dari roda gila (kg)
k = jari - jari rotasi dari rim roda gila (m) I = momen Massa inersia roda gila (kg – m2) = m.k2
N1 dan N2 = Kecepatan maksimum dan kecepatan minimum selama siklus (rpm)
N = Kecepatan selama siklus dalam rpm =
ω = Kecepatan sudut rata-rata selama siklus dalam rad/s CS = Koefisien fluktuasi kecepatan = atau
Data perencanaan flywheel system mekanik speed bump adalah sebagai berikut: Daya yang ditransmisikan P = 8 watt
Putaran N = 250 rpm
Jari-jari luar flywheel r1 = 100 mm Jari-jari dalam flywheel r2 = 50 mm Jari-jari rotasi rim k = 50 +
= 50 + 25 = 75 mm Panjang rim flywheel p =100-50
= 50 mm
Tebal l = 45 mm
Masa jenis flywheel = 7800 kg/m2 ( material yang dipakai adalah baja cor)
1. Massa rim flywheel
M = V.ρ
Luas penampang rim flywheel, A = p×l = 50 × 45 = 2250 mm Volume rim flywheel, V = A× keliling k
= 2250 ×2 π k
= 2250× (2×3,14× 75) = 1.061 mm
2. Koefisien fluktuasi kecepatan
Sistem mekanik speed bump dengan transmisi rantai,Cs = 0,10 3. Momen inersia flywheel
I = m.k2 = 8,27 × 752 = 1,24 kg-m2 4. Kecepatan sudut
ω =
=
= 26,167 rad/s
5. Energi yang tersimpan pada flywheel
E = m.k2.ω2 .Cs
= 8,27×752×26,1672 × 0.10 = 649,03 joule
4.2.7 Roda Gigi Penggerak (RACK)
Gambar 4.8 Roda gigi penggerak (Rack) 4.2 HASIL PENGUJIAN SISTEM MEKANIK SPEED BUMP 4.2.2 Pengujian sistem mekanik speed bump
[image:30.612.214.416.85.402.2]Pengujian sistem mekanik speed bump dengan menggunakan lindasan mobil trofer Tahun 1984 didepan Program Megister Teknik Mesin FT-USU. Pengujian lin-dasan ditujukkan pada gambar 4.9.
pada tabel berikut ini:
Tabel 4.3 Data hasil pengujian sistem mekanik speed bump
Dari data tabel diatas diketahui daya yang dihasilkan oleh sistem mekanik speed bump akibat lindasan kendaraan sebesar rata-rata 3.63 watt.
Pengujian arus keluaran PMDC Motor dilakukan dengan menguji pemasan-gan Bola Lampu jenis cucuk. Seperti ditunjukkan pada gambar 4.10.
Gambar 4.10 Bola Lampu DC Percob
aan
Arus DC (Ampere) (I)
Tegangan (V / Volt)
Daya (Watt) V x I
1 0.12 18 2.16
2 0.25 18 4.5
3 0.27 18 4.86
4 0.25 18 4.5
5 0.12 18 2.16
Tabel 4.4 Hasil pengujian pada lampu LED Jumlah
bola lampu Kondisi
1 Menyala
2 Menyala
3 Menyala
4 Menyala
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari perhitungan-perhitungan di atas, dapat disimpulkan: 1. Diameter Perancangan Alat Pembangkit Daya sebagai berikut:
1. Putaran input awal ( pada sprocket) adalah 100 rpm
2. Roda gigi yang digunakan adalah spur gear dengan diameter: Roda gigi 1 : 6,8 in
Roda gigi 2 : 2,36 in
3. Bantalan ini digunakan bantalan dengan type sigle row angular con-tack ball bearing,
4. Jenis rantai yang digunakan adalah Chain no. 25 dengan spesifikasi:
Pitch : 0,250 in
Roll diameter : 0,129 in
Width : 0,125 in
H : 0,236 in
Pin diameter : 0,090 in
T : 0,029 in
L : 0,299 in
Minimal breaking load : 370 kgf/min Max.Allowable Load : 65 kgf Approx Weight : 0,14 kgf/m
5. Nilai kekakuan pegas yang digunakan adalah 8000 N/m
5.2 Saran
1 Pada saat pembuatan alat system pembangkit daya ini voltase yang dihasilkan dapat ditingkatkan dengan mengganti kuat medan magnet, jumlah lilitan kawat dan kawat pada generator.
2 Studi literatur sangat penting dilakukan dalam melaksanakan penelitian. 3 Pengembangan penelitian dengan menggunakan logam yang lebih ringan dan
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan )
Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang
ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar meningkatkan keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) ditunjukkan pada gambar 2.1.
[image:35.612.127.504.291.715.2]
Gambar 2.1 Berbagai Variasi Speed Bump: (1) Speed bump karet garis serong kuning,
(2) Speed bump karet garis serong putih, (3) Speed bump biasa
(1) (2)
Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar
terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk meningkatkan keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggianya diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya Speed bump, khususnya pada malam hari, maka Speed bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau kuning
yang kontras sebagai pertanda [ ].
Ukuran Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang Alat Pengendali dan Pengaman Pemakai Jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi maksimum Pembatas kecepatan kendaraan adalah 12cm dan sudut kemiringan 15 persen (13,50). Speed bumptersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar terlihat jelas oleh
para pengendara yang hendak melintas.
Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan di design sesuai dengan
aturan misalkan di jalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi. kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya tidak boleh lebih dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan kondisi diatas maka akan bermanfaat.
Speed bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan, tapi
juga membahayakan si pengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak sesuai mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar.
Speed bump ditempatkan pada:
1. Jalan di lingkungan pemukiman
2. Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC
3. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi
Gambar 2.2 Desain Standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
2.2. Generator Elektrik
Generator elektrik adalah alat yang dapat menimbulkan sumber tegangan atau dapat diartikan sebagai sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber en-ergi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesa-maan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik ek-sternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lil-itannya [ ].
2.2.1. Mekanisme Generator
Dalam rancang bangun speed bump terdapat generator elektrik. Sistem gener-ator elektrik ini menggunakan tekanan oleh sebuah kendaraan saat melewati polisi
teradapat flux magnet. Didalamnya ada lilitan kumparan dan magnet. Ketika roda gila berputar, magnet ikut berputar pula. Namun lilitan kumparan tetap diam (tidak ber-putar). Dengan kondisi ini maka akan timbul arus listrik berupa arus DC dan kemudi-an disimpkemudi-an didalam flywheel, dkemudi-an energi ykemudi-ang tersimpkemudi-an tersebut dapat kita manfaatkan untuk berbagai macam keperluan.
Besarnya gaya gerak listrik (GGL) induksi dalam kumparan atau voltase yang dibangkitkan oleh generator adalah:
max = N. B . A . ω . ………(2.1) Dimana:
N = Jumlah lilitan (buah) B = Kuat medan magnet (T) A = luas kumparan (m2) ω = Kecepatan sudut (rad/sec)
Generator terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Pada generator ini rotor berfungsi sebagai kumparan medan untuk menghasilkan fluks. Digunakan dua buah rotor mengapit stator untuk menghasilkan fluks magnet.Sedangkan stator berfungsi sebagai kumparanjangkar yang menghasilkan tegangan keluarangenerator. Skema generator bisa dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.4 Konsep generator 2.2.1 Rotor
Rotor merupakan bagian yang berputar pada generator. Pada perancangan ini mengunakan dua buah rotor yang terhubung oleh suatu poros. Ditunjukkan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Rangka Poros Rotor
Gambar 2.6 Komposisi magnet
Magnet yang digunakan adalah grade Y40,yang memiliki data spesifikasi teknis sebagai berikut:
Residual Induction (Br) 450~460 mT, 4.5~4.6 kGs Coercive Force (Hcb) 330~354 kA/m, 4.15~4.45 kOe
Intrinsic Coercive Force (Hcj) 340~360 kA/m , 4.27~4.52 kOe Max. Energy Product (BHmax) 37.6~41.8 kJ/m3 , 4.7~5.25 MGOe
2.2.2. Stator
Stator merupakan bagian yang tetap pada generator. Pada tugas rancang ini stator berfungsisebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran generator. Stator terdiri darikumparan lilitan tembaga. Kawat tembaga yangdigunakan berdiameter 1 mm. Kawat digulung membentuk kumparan lingkaran dengan jumlah lilitan adalah 125 tiap kumparan. Seperti ditunjukan pada gambar 2.7.
[image:40.612.224.413.530.640.2]ditunjukkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Kumparan Stator 3 Fasa 2.2.3 Penyearah
Penyearah yang digunakan pada tugas rancang polisi tidur ini adalah rangkaian penyearah 3 fasa tidak terkontrol jembatan penuh. Rangkaian penyearah ditunjukkan pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Rangkaian penyearah 2.3. Roda Gigi
[image:41.612.248.425.366.455.2]Gambar 2.10 Roda Gigi 2.3.1 Macam macam roda gigi
1. Roda gigi lurus
Roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros. Contohnya pada gear box pada mesin. Roda gigi lurus dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Roda gigi lurus 2. Roda gigi miring
[image:42.612.230.423.411.586.2]Gambar 2.12 Roda gigi miring 3. Roda gigi miring ganda
[image:43.612.258.382.82.199.2]Gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur berbentuk V tersebut, akan saling meniadakan. Contoh penggunaanya yaitu pada roda gigi reduksi turbin pada kapal dan generator, roda gigi penggerak rol pada steel mills. Roda gigi miring ganda dapat dilihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Roda gigi miring ganda 4. Roda gigi dalam
Dipakai jika alat transmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi be-sar, karena pinyon terletak di dalam roda gigi. Contoh penerapannya antara lain pada lift. Yang ditunjukkan pada gambar 2.14.
[image:43.612.267.390.330.448.2]5. Pinyon dan batang gigi
Merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Contoh pemakaian gigi reck ter-dapat pada mesin bor tegak, mesin bubut, dll. Pinyon dan batang gigi ter-dapat dilihat pada gambar 2.15.
[image:44.612.219.406.177.327.2]\
Gambar 2.15 Pinyon dan batang gigi 6. Roda gigi kerucut lurus
Roda gigi yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi kerucut lurus dapat dilihat pada gambar 2.16.
[image:44.612.233.422.437.610.2]Karena mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dapat meneruskan tinggi dan beban besar. Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi kerucut spiral ditunjukkan pada gambar 2.17.
Gambar 2.17 Roda gigi kerucut spiral 8. Roda gigi permukaan
Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi permukaan dapat dilihat pada gambar 2.18.
Gambar 2.18 Roda gigi permukaan 9. Roda gigi miring silang
Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada gearbox. Roda gigi miring silang dapat dilihat pada gambar 2.19.
10. Roda gigi cacing silindris
Mempunyai cacing berbentuk silinder dan lebih umum dipakai. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobil. Roda gigi cacing silindris dapat dilihat pada gambar 2.20.
Gambar 2.20 Roda gigi cacing silindris 11. Roda gigi cacing gobloid
[image:46.612.236.419.168.253.2]Mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dipakai untuk beban yang lebih besar. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial oto-mobil. Roda gigi cacing gobloid dapat dilihat pada gambar 2.21.
Gambar 2.21 Roda gigi cacing gobloid 12. Roda gigi hypoid
Mempunyai jalur gigi berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbunyabersi-lang. Dan pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan menggelinding. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobile. Roda gigi hypoid dapat dilihat pada gambar 2.22.
[image:46.612.261.404.366.450.2]locity ratio (i), putaran roda gigi (n), diametral pitch (P) dan jarak pusat poros (c). Dan yang dihitung adalah:
1. Diameter roda gigi (d):
dp = ……….……….(2.2)
dg= ……….………..(2.3) 2. Jarak pusat poros (c):
……….………..(2.4) dp = diameter pinion
dg = diameter gear…… 3. Torsi pada poros (T):
………...(2.5)
4. Gaya Bending (Fb):
………...………(2.6)
5. Pitch Line Velocity (Vp):
………..(2.7)
6. Beban Dinamis (Fd):
……….……….(2.8)
Untuk O < VP ≤ 2000 ft/min
Untuk 2000< Vp≤4000 ft/min
√ Untuk Vp > 4000 ft/min 7. Lebar Gigi (b):
Dimana:
Fw = dp×b×Q×K……….………..(2.9) Maka Fw ≥ Fd
(dp × b × Q × K) ≥ Fd b ≥
dimana: Q =
8. Berat Roda Gigi (W)
W = b × × dp2 × ρ……….(2.10) Analisa Kekuatan ( Metode AGMA )
1. Terhadap Patahan
Syarat: T ≤ Sad ⇒ AMAN
T =
………..(2.11)
dimana:
Ft : Gaya Tangensial (lb) Ko : Faktor koreksi beban lebih P : Diametral pitch
Ks : Faktor koreksi ukuran Km : Faktor koreksi beban Kv : Faktor dinamis B : Lebar gigi (in) J : Faktor bentuk
Sad =
………..(2.12) Dimana:
Sat = Tegangan ijin material (psi) KL = Faktor umum
Poros (shaft) adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpen-ampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi, pulley, roda gila (fly-wheel), engkol, sprocket, dan elemen transmisi daya lainnya. Poros bisa meneri-ma beban-beban lenturan, tarikan, tekan, atau puntiran, yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya [ ]. Bila beban tersebut tergabung, bisa dicari kekuatan statis dan kekuatan lelah yang diperlukan untuk pertimbangan perencanaan. Poros dapat dilihat pada gambar 2.23.
Gambar 2.23 Poros
2.4.1 Macam-Macam Poros Berdasarkan Pembebanannya 1. Poros Transmisi (Transmission Shafts)
Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft, daya dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket rantai, dll.
2. Gandar
Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta ba-rang. Poros gandar tidak menerima beban puntir dan hanya mendapat beban lentur. 3. Poros Spindle
dapat digunakan secara efektif apabila deformasi yang terjadi pada poros tersebut kecil.
Pada perhitungan poros, kita menganalisa setiap gaya yang ada pada poros. Untuk memudahkan perhitungan gaya-gaya yang ada pada poros dibagi menjadi dua bagian, yaitu gaya arah horizontal dan gaya arah vertikal. Untuk setiap arah gaya yang digambarkan dengan arah ke atas bernilai positif (+), dan untuk setiap arah gaya yang digambarkan dengan arah ke bawah bernilai negatif (-). Sedangkan untuk momen yang putarannya CCW (berlawanan arah jarum jam) bernilai positif (+), dan untuk momen yang putarannya CW (searah jarum arah jarum jam) bernilai negatif (-).
Untuk menganalisa diameter poros yang akan dipakai, kita dapat menggunakan persamaan Distortion Energy, yaitu:
≥
[ ] [ ] ………...…(2.13) dimana: Di = diameter dalam poros (in)
D
o = diameter luar poros (in)
M
m = momen bending rata-rata (lb.in)
M
r = momen bending range (lb.in)
T
m = momen torsi rata-rata (lb.in)
T
r = momen torsi range (lb.in)
2.4.2 Pemilihan Bahan Poros
Dalam pemilihan bahan perlu diperhatikan beberapa hal seperti pada tabel 2.1, dan kita dapat menyesuaikan dengan yang kita butuhkan.
Lambang Perlakuan Panas
Diameter (mm)
Kekuatan Tarik
(kg/mm2) HRC (HRB)
HB
S35C-D
Dilunakkan
20 atau ku-rang 21-80 58-79 53-69 (84)-23 (73)-17 - 144-216 Tanpa dilu-nakkan
20 atau ku-rang 21 – 80
63 – 82 58 – 72
(87) – 25 (84) – 19
-
160-225
S45C-D
Dilunakkan
20 atau ku-rang 21 – 80
65 – 86 60 – 76
(89) – 27 (85) – 22
-
166-238 Tanpa
dilu-nakkan
20 atau ku-rang 21 – 80
71 – 91 66 – 81
12 – 30 (90) –24)
-
183-253
S55C-D
Dilunakkan
20 atau ku-rang 21 – 80
72 – 93 67 – 83
14 – 31 10 – 26
-
188-260 Tanpa
dilu-nakkan
20 atau ku-rang 21- 80
80 – 101 75 – 91
19 – 34 16 – 30
-
213-285
Dalam pemilihan bahan perlu diketahui tegangan izinnya, yang dapat dihitung dengan rumus:
a =
2 1. f f
b S S
dimana: a = tegangan geser izin (N/mm2) b = kekuatan tarik bahan (N/mm2)
Sf1 = faktor keamanan yang tergantung pada jenis bahan poros
Sf2 = faktor keamanan yang bergantung dari bentuk poros (poros bertangga/ada alur pasak)
Dalam perancangan poros ini digunakan bahan batang baja karbon yang difinis dingin dengan lambang S45C-D tanpa dilunakkan. Bahan ini dipilih karena sering dipakai pada poros dan memiliki kekuatan dan kekerasan yang besar dimana kekuatan tarik (b) yang dipakai yaitu 65 N/mm2. Diameter poros yang akan
digunakan berkisar antara 21-80 mm. Bahan poros dipilih tanpa dilunakkan dalam perlakuan panasnya karena bahan tersebut memiliki struktur material yang lebih homogen dan merata sehingga lebih kuat dan keras daripada yang dilunakkan.
BerdasarkanSularso, “Dasar-dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradya Pramita, Jakarta 1994 untuk setiap bahan jenis S-C diambil faktor keamanan (Sf1) sebesar 6,0. 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 yang dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. Dalam perancangan ini diambil Sf2 dengan harga sebesar 2,15 karena poros akan diberi alur pasak atau spline. 2.4.3 Diameter Poros
Diameter poros dapat diperoleh dari rumus:
dp = 5,1. . . ...(2.15)
3 / 1
Kt Cb T a
dimana: dp = diameter poros (mm)
a = tegangan geser izin (N/mm2)
Kt = faktor koreksi tumbukan, harganya berkisar 1,5 – 3,0.
Cb = faktor koreksi untuk terjadinya kemungkinan terjadinya beban
lentur, dalam perencanaan ini diambil 1,2 karena diperkirakan tidak akan terjadi beban lentur.
T = momen puntir yang ditransmisikan (N.mm) 2.4.3 Kekuatan Poros
Hasil diameter poros yang dirancang harus diuji kekuatannya. Pemeriksaan dapat dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadiakibat tegangan puntir yang dialami poros. Jika tegangan geser lebih besar dari tegangan geser izin dari bahan tersebut, maka perancangan tidak akan menghasilkan hasil yang baik, atau dengan kata lain perancangan adalah gagal.
g = ...(2.16) .dp3
Dimana:
g = tegangan geser akibat momen puntir (N/mm2) T = momen puntir yang ditransmisikan (N.mm) dp = diameter poros (mm)
2.5. Bantalan ( Bearing )
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga pu-taran atau gerak bolak-balik dapat berlangsung secara halus, aman dan masa pemakaian dapat lebih lama. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan po-ros serta elemen lainnya dapat bekerja dengan baik.
Pada perancanaan bantalan ini digunkan bantalan dengan type sigle row angular contack ball bearing, dengan 24 lasan bantalan ini dapat menahan dua jenis beban
yaitu jenis beban radial dan jenis beban aksial. Karena dalam operasi hanya beberapa bola atau kadang-kadang hanya satu bola yang menanggung beban radialnya, sehing-ga bola-bala yang lain dapat berfungsi menahan beban aksialnya. Disamping itu ban-talan ini juga mempunyai kemampuan menyesuaikan diri bila terjadi ketidaksesuain atau ketidaksenteran sumbu poros dengan sumbu bantalan akibat adanya defleksi po-ros atau adanya perubahan penurunan pondasi[ ]. Bearing dapat dilihat pada gambar 2.24.
Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros maka bantalan dapat diklasifi-kasikan sebagai berikut:
1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros a. Bantalan gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), roll jarum dan roll bulat. Bantalan gelinding dapat dilihat pada gambar 2.25.
Gambar 2.25 Bantalan gelinding b. Bantalan luncur
[image:54.612.254.447.270.377.2]Pada bantalan ini terjadi gerakan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara lapisan pelumas. Bantalan luncur dapat dilihat pada gambar 2.26.
Gambar 2.26 Bantalan Luncur 2. Atas dasar arah beban terhadap poros
a. Bantalan radial
Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros c. Bantalan gelinding khusus
Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
Adapun perbandingan antara bantalan luncur dengan bantalan gelinding yaitu: Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban besar, se-dang bantalan gelinding lebih cocok untuk beban kecil daripada bantalan luncur, ter-gantung pada bentuk elemen gelindingnya.
Data yang perlu diketahui dalam perhitungan bantalan yaitu: putaran poros (n), diam-eter poros (d). Dan yang dihitung yaitu:
1. Gaya-gaya pada tumpuan (Fr):
Fr = √ + ……….(2.17)
Dimana:
Fr : Gaya aksial (lb) Fy : Gaya sumbu y (lb) FZ : Gaya sumbu z (lb) 2. Beban eqivalen (p)
Fr = √ ………..(2.18)
Dimana:
P : Beban eqivalen (lb)
Fy : Faktor putaran (1 untuk ring dalam berputar :1,2 untuk ring luar berputar)
Fr : Gaya radial (p) 3. Umur bantalan (L10)
L
10=
………...(2.19) Dimna:
L10 : Umur bantalan (jam)
P : Konstanta yang tergantung dari type bantalan 3 untuk ball bearing 10/3 untuk roller bearing
N : putaran poros (rpm) 2.5.1 Umur untuk Bantalan
[image:56.612.146.496.260.656.2]Umur bantalan bola dan rol didefinisikan sebagai jumlah putaran (atau waktu jam pada saat putaran konstan) yang mana bantalan beroperasi sebelum salah satu elemen bantalan mengalami kelelahan (fatique). Seperti ditunjukan pada tabel 2.2 adalah pemiliihan jenis umur bantalan.
Bantalan yang akan digunakan adalah bantalan gelinding atau bola. Alasan pemilihan bantalan ini adalah karena ketahanan bantalan ini dalam menahan beban aksial dan putaran tinggi, serta dapat menerima sedikit beban aksial.
Langkah awal yang dilakukan dalam perancangan ini adalah perhitungan ter-hadap beban, yaitu beban dinamis yang merupakan penjumlahan beban radial dan beban aksial.
A. Beban Dinamis Bantalan
Beban dinamis ini disebabkan oleh massa roda gigi input, dimana massa roda gigi input dapat dicari dengan rumus:
b d d m V m i p i i i i 2 , 2 4 ……….(2.20) dimana:mi = massa roda gigi input (kg)
di = diameter jarak bagi roda gigi input (mm)
dp,i = diameter poros input (mm)
b = lebar roda gigi (mm)
= massa jenis roda gigi (kg/mm3) Perbandingan beban dinamis untuk bantalan
X
F
r
Y
F
a
P
……….……….(2.21)Dimana: Fr = beban radial (kg)
Fa = beban aksial (kg)
X = 28ellev radial (X = 0,56) Y = 28ellev aksial (Y = 1,45)
Tabel 2.3 Jenis jenis bantalan Nomor bantalan
dua sekat Ukuran luar (mm)
Kapasitas nominal
Kapasitas nominal
jenis Dua dinamis
spe-sifik
statis spe-sifik terbuka Sekat tanpa
kon-tak D D B r C (kg) Co (kg)
6000 6000ZZ 6000VV 10 26 8 0,5 360 196
6001 6001ZZ 6001VV 12 28 8 0,5 400 229
6002 6002ZZ 6002VV 15 32 9 0,5 440 263
6003 6003ZZ 6003VV 17 35 10 0,5 470 296
6004 6004ZZ 6004VV 20 42 12 1 735 465
6005 6005ZZ 6005VV 25 47 12 1 790 530
6006 6006ZZ 6006VV 30 55 13 1,5 1030 740
6007 6007ZZ 6007VV 35 62 14 1,5 1250 915
6008 6008ZZ 6008VV 40 68 15 1,5 1310 1010
6009 6009ZZ 6009VV 45 75 16 1,5 1640 1320
6010 6010ZZ 6010VV 50 80 16 1,5 1710 1430
Jadi bantalan yang dipakai adalah jenis 6008 dengan diameter luar (D) = 68 mm, diameter dalam (d) = 40mm, lebar bantalan (B) = 15mm, dan jari-jari sisi ® = 1,5 mm.
2.6 Pegas
„gun recoil mechanism‟.
2. untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu, seperti misalnya pada relief valve.
3. Untuk meredam getaran dan beban kejut. 4. Untuk beban, contohnya pada timbangan.
5. Untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada „brake pedal’.
2.6.1 Klasifikasi Pegas
Pegas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis fungsi dan beban yang bekerja yaitu pegas tarik, pegas tekan, pegas torsi, dan pegas penyimpan. Tetapi klas-ifikasi yang lebih umum adalah diberdasarkan bentuk fisiknya. Klasklas-ifikasi berdasar-kan bentuk fisik adalah:
1. Wire form spring (helical compression, helical tension, helical tor-sion, custom form).
2. Spring washers (curved, wave, finger).
3. Flat spring (cantilever, simply supported beam).
4. Flat wound spring (motor spring, volute, constant force spring).
Gambar 2.27 Variasi pegas tekan (Helix) 2.6.2 Bahan Pegas
Bahan pegas yang paling umum digunakan adalah pegas menurut standard JIS dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70 yang dapat disepuh dengan baik setelah pegas terbentuk. Sifat mekanis untuk bahan SUP adalah sebagai berikut:
1. Modulus gelincir G = 8 x 103 kg/mm2
2. Ultimate tensile strength = 60 sampai dengan 70 kg/mm2 Sedangkan sifat mekanis bahan ST-70 untuk pegas adalah:
1. Tegangan bengkok ijin = 5.000 kg/mm2 2. Tegangan puntir ijin = 4.000 kg/mm2 3. Modulus elastisitas = 2.200.000 kg/mm2 4. Modulus gelincir = 850.000 kg/mm2
[image:60.612.261.367.545.674.2]Gambar 2.28 menunjukkan pegas tekan yang digunakan dengan standard JIS yang dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70.
mak = w
+
s=
+
=
…………..…...(2.22) Dimana:
mak = tegangan geser total pada pegas, N/m2 F = gaya aksial (tarik atau tekan ), N D = diameter rerata pegas, m
d = diameter kawat pegas, m
2.6.3 Lenturan (Defleksi) pegas ulir
akibat gaya tarik tekan menyebabkan pegas akan memanjang atau memendek. Pemanjangan atau pemendekan pegas ini disebut dengan defleksi pegas.besarnya defleksi pegas ulir dapat diturunkan dengan cara analisis deformasi kawat pegas aki-bat puntiran.
Atas dasar hal tersebut di atas maka harus dicari harga kekakuan pegas, dengan perhi-tungan di bawah ini:
………..(2.23)
Dimana:
Y = defleksi pegas, m G = modulus gelincir, N/m2 n = banyaknya lilitan aktif
2.6.4 Energi yang mampu disimpan pegas
energi pegas dapat dicari dengan menurunkan persamaan dasar sebagai beri-kut
dengan memasukkan harga harga yang telah diperoleh dari persamaan sebelumnya ke dalam persamaan di atas maka akan diperoleh:
E =
………(2.25) dimana:
E = energi pegas
V = volume kawat pegas, faktor koreksi wahls 2.7 Flywheel (Roda Gila)
Roda gila adalah sebuah piringan roda besi yang dipergunakan sebagai suatu reservoir (penyimpan) energi di dalam mesin. Pada saat tenaga mesin bertambah, pu-tarannya bertambah, dan tenaga tersebut tersimpan dalam roda gila. Pada saat mesin kekurangan tenaga, roda gila tersebut akan memberikan tenaganya[ ]. Flywheel dapat dilihat pada gambar 2.29.
Gambar 2.29 Flywheel (Roda Gila) Energi yang disimpan dalam rotor adalah energi kinetik :
Ek = ……….(2.26)
Dimana:
ω : Kecepatan sudut I : Momen inersia
Momen inersia adalah ukuran resistensi terhadap torsi diterapkan pada objek berputar (yaitu semakin tinggi momen inersia, semakin lambat akan berputar setelah diterapkan gaya tertentu).
2.7.1 Koefisien Fluktuasi Flywheel
δ =
………..(2.27) ω1 = Kecepatan sudut maksimal roda gila (flywheel)
ω2 = Kecepatan sudut minimal roda gila (Flywheel) ω = Kecepatan sudut rata-rata (flywheel) =
V = Kecepatan maksimal suatu titik pada roda gila (flywheel) V1 = Kecepatan minimal suatu titik pada roda gila (flywheel) V2 = Kecepatan rata-rata suatu titik pada roda gila (flywheel)
Nilai koefisien fluktuasi yang biasa dipakai (umum) dalam praktek,adalah 0,2 untuk mesinpembuat lubang (punch), Mesin giling ,mesin pemecah batu. 0,002 untuk gen-erator listrik.
1.7.3 Menentukan Berat Roda Gila Apabila:
ω1 = Kecepatan sudut maksimal roda gila (flywheel) ω2 = Kecepatan sudut minimal roda gila (Flywheel)
I0 = Momen kelembaman roda gila (flywheel),terhadap sumbu porosnya
Maka perubahan tenaga kinetic roda gila (Flywheel), pada kecepatan maksi-mum dan kecepatan minimaksi-mum dapat dituliskan dengan persamaan berikut:
E = ……….…...(2.28)
=
=
=
= Bila:
K = Radius girasi roda gila (flywheel) terhadap sumbu putaranya W = Berat roda gila (flywheel)
Sehingga:
W =
………...(29) Apabila r adalah jari-jari roda gila,dan berat roda gila dianggap terkosentrasi pada jari-jari rata-ratanya, maka:
K = r dan
Dengan mengganti nilai V =
, maka:
W =
=
atau W =
…
………..….(30)Bila roda gila berupa disk,maka I0
=
, Sehingga harga E,
Menjadi E ==
W =
………(31)
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
[image:65.612.229.426.358.505.2]Pembatas Kecepatan Kendaraan (Speed Bump) adalah bagian jalan yang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju/kecepatan kendaraan. Untuk meningkatkan keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggiannya diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya pembatas kecepatan kendaraan (Speed Bump), khususnya pada malam hari, maka Speed Bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau kuning yang kontras sebagai pertanda [ ]. Polisi tidur dapat dilihat pada gambar 1.1.
Gambar 1.1 Polisi tidur (Speed Bump)
Speed bump ini pertama kali dicetuskan oleh seorang fisikawan bernama
Arthur Holly Campton. Ketika itu, ia merasa terganggu dengan cepatnya laju kendaraan yang melintas di depan kantornya yang begitu bising terdengar. Maka keluarlah gagasan untuk membuat sebuah konsep pembatas kecepatan laju kendaran di tahun 1927, yang hingga kini sering disebut speed bump.
cm dan sudut kemiringan 15 persen (13,50). Speed bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas.
Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan didesign sesuai dengan
aturan misalkan di jalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi. kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya tidak boleh lebih dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan kondisi diatas maka akan bermanfaat.
Speed bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan, tapi
juga membahayakan si pengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak sesuai mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar.
Speed bump banyak kita jumpai di negara kita karena juga berfungsi sebagai
[image:66.612.209.431.491.609.2]tanda memasuki wilayah tertentu. Namun berbada halnya jika di mall atau pusat per-belanjaan yang sebagian besar tidak menggunakan polisi tidur untuk mengurangi atau memberhentikan laju kendaraan. Mereka menggunakan palang parkir (barrier gate) sebagai tanda peringatan untuk berhenti sementara guna pengambilan karcis parkir kendaraan. Palang parkir otomatis dapat dilhat pada gambar 1.2.
Gambar 1.2 Palang Parkir otomatis
nomor kendaraan maupun jam masuk kendaraan dimasukkan ke dalam server park-ing. Keseluruhan system parking ini membutuhkan energi listrik untuk beroperasi.
[image:67.612.148.461.185.389.2]Parkir sistem dapat dilihat pada gambar 1.3.
Gambar 1.3 Parkir system
Kebutuhan listrik pada system parking ini khususnya palang parkir dapat di-alihkan dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) atau Generator Set (Genset) yang ber-bahan bakar fosil ke cara lain. Modifikasi desain polisi tidur atau dapat dikatakan dengan smart police trap merupakan salah satu cara untuk menghasilkan energi listrik bangkitan. Energi listrik bangkitan ini didapatkan dari adanya tekanan roda kendaraan ke arah gravitasi bumi saat melintasi speed bump. Saat roda kendaraan menekan speed bump, timbul energi kinetik. Energi tersebut dapat diubah menjadi energi listrik dengan menambahkan konsep generator elektrik dimana tersusun atas transmisi roda gigi, mekanisme fly wheel, dan motor DC [ ].
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Tujuan Penelitian 1.3.1 Tujuan Umum
Adapun tujuan dari perancangan speed bump (polisi tidur) ini adalah membu-at sumembu-atu sistem pembangkit daya agar dapmembu-at menghasilkan energi listrik samembu-at ken-daraan melintasi speed bump.
1.3.2 Tujuan Khusus
Tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Memanfaatkan generator sebagai alat penghasil arus listrik untuk membu-ka pintu tol kota medan
2. Untuk mengetahui daya yang didapat setiap lintasan mobil pada speed bump
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1. Bagi peneliti dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman tentang material komposit
2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan untuk penelitian tentang system mekanik speed bump yang dapat menghasilkan energy listrik
1.5 Batasan Masalah
Untuk dapat arah penelitian yang baik, maka perlu adanya batasan masalah sebagai berikut:
1. Kecepatan kendaraan konstan, yaitu 5 km/jam, 10 km/jam, dan 15 km/jam 2. Gesekan didalam alat pembangkit daya diabaikan
3. Dimensi generator ditentukan
4. Dimensi roda gigi disesuaikan dengan dimensi ruang yang ada
5. Metode pembangkitan daya menggunakan Generator 5,5 Watt /12 volt 6. Kuat medan magnet , jumlah lilitan dan diameter kawat kumparan pada
Pada penelitian ini akan berisikan: BAB 1. PENDAHULUAN
Bab ini membahas latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas teori-teori yang dapat mendukung dan menjadi pedoman dalam penyusunan skripsi. Pada bab ini dibahas teori tentang.Speed bump,generator,roda gigi, pegas,bantalan, dan flywheel.
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini yang berisikan bagaimana diagram alir perancangan yang dimulai dari penentuan dimensi,desain speed bump,penyiapan alat dan bahan,serta pe-rakitan speed bump.
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini membahas hasil perancangan. BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini yaitu penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran dari semua hasil perancangan.
DAFTAR PUSTAKA
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan dalam penelitian dan penyusunan laporan ini.
ABSTRAK
Speed bump adalah mekanisme yang dipasang pada jalan untuk mengurangi laju
ken-daraan dengan tujuan keamanan. Pada penelitian ini dikembangkan sebuah speed bump yang memiliki fungsi ganda, yaitu mengurangi laju kendaraan dan sebagai
pembangkit daya. Sistem pembangkit daya terdiri dari pasangan roda gigi, poros, roda gila, pegas, rantai dan kumparan generator. Ketika kendaraan menyentuh speed bump tersebut, maka ban kendaraan tersebut akan menekan pegas yang dipasang dibawah speed bump dan dihubungkan dengan roda penggerak (rack), kemudian roda penggerak (rack) tersebut dihubungkan dengan sproket yang dipasang antara roda penggerak (rack), sproket tersebut akan memutarkan flywheel, flywheel tersebut yang akan digunakan untuk memutar generator untuk menghasilkan energi listrik. Proto-tipe kemudian diuji pada tingkat kecepatan yang bervariasi. Besar voltase dan arus yang dibangkitkan diukur. Hasil pengujian dihasilkan tegangan 18 Voltase dan menghasilkan daya sebesar 3.63 watt.
Speed bump is a mechanisms of assembled on the road to decreased speed of
transportation by the safety destination. In this research developed a speed bump has a dual function, for instance decreasing speed of transportation and as a power gener-ator. The System of power generator consists to a pair of gears, shafts, flywheel, springs, chains and coils.While the transportation touched of the speed bump, then tire of the transportation regarding hit the spring mounted under the speed bump and connected to the flywheel, there after cog flywheel was connected to a sprocket mounted between the flywheel, sprocket will rotating flywheel, the flywheel would be used to turn a generator to produce electricity. Subsequently The prototype was tested at varying levels of speed.The last prototype was tested on level speeds varia-tion. the largest of voltage and current were resurrected of measure. Assay results generated voltage 18 voltage and power of 3.63 watts produces.
RANCANG BANGUN DENGAN SISTIM MEKANIK
SPEEDBUMP UNTUK MENGHASILKAN DAYA
LISTRIK SEBAGAI TENAGA PEMBUKA
GERBANG PINTU TOL KOTA MEDAN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
TARMIZI TAHER
NIM.110401024
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Speed bump adalah mekanisme yang dipasang pada jalan untuk mengurangi laju
ken-daraan dengan tujuan keamanan. Pada penelitian ini dikembangkan sebuah speed bump yang memiliki fungsi ganda, yaitu mengurangi laju kendaraan dan sebagai
pembangkit daya. Sistem pembangkit daya terdiri dari pasangan roda gigi, poros, roda gila, pegas, rantai dan kumparan generator. Ketika kendaraan menyentuh speed bump tersebut, maka ban kendaraan tersebut akan menekan pegas yang dipasang dibawah speed bump dan dihubungkan dengan roda penggerak (rack), kemudian roda penggerak (rack) tersebut dihubungkan dengan sproket yang dipasang antara roda penggerak (rack), sproket tersebut akan memutarkan flywheel, flywheel tersebut yang akan digunakan untuk memutar generator untuk menghasilkan energi listrik. Proto-tipe kemudian diuji pada tingkat kecepatan yang bervariasi. Besar voltase dan arus yang dibangkitkan diukur. Hasil pengujian dihasilkan tegangan 18 Voltase dan menghasilkan daya sebesar 3.63 watt.
ABSTRACT
Speed bump is a mechanisms of assembled on the road to decreased speed of
transportation by the safety destination. In this research developed a speed bump has a dual function, for instance decreasing speed of transportation and as a power gener-ator. The System of power generator consists to a pair of gears, shafts, flywheel, springs, chains and coils.While the transportation touched of the speed bump, then tire of the transportation regarding hit the spring mounted under the speed bump and connected to the flywheel, there after cog flywheel was connected to a sprocket mounted between the flywheel, sprocket will rotating flywheel, the flywheel would be used to turn a generator to produce electricity. Subsequently The prototype was tested at varying levels of speed.The last prototype was tested on level speeds varia-tion. the largest of voltage and current were resurrected of measure. Assay results generated voltage 18 voltage and power of 3.63 watts produces.
Puji syukur kehadirat ALLAH Subhanahuwata‟ala yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya.Shalawa tdan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah lulus menjadi SarjanaTeknik di DepartemenTeknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Proses Produksi Non-Logam, yaitu“RANCANG BANGUN DENGAN SISTIM MEKANIK SPEED BUMP UNTUK MENGHASILKAN DAYA LISTRIK SEBAGAI TENAGA PEMBUKA GERBANG PINTU TOL KOTA MEDAN”.
Di dalam penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak yang telah memberikan bantuan dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini serta penulis banyak mengucapkan banyak terima kasih Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis.
Pada kesempatan ini penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih sedalam-dalamnya kepada:
1. Kedua orang tua atas doa dan motivasinya yang tiada hentinya untuk mem-berikan semangat kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing Skripsi
yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.
3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.
5. Teman-teman satu tim IFRC yang telah bersama-sama menyelesaikan skripsi ini dengan kerja sama.
6. Abang Magister Teknik Mesin S2 yang telah banyak memberikan motivasi dan arahan buat penulis
7. Seluruh kawan-kawan stambuk 2011 yang telah memberikan dukungan baik berupa tenaga dan motivasi kepada penulis.
Semoga skripsi ini dapat memberikan ilmu tambahan bagi pembaca serta dapat bermanfaat bagi orang lain.Penulis menyadari akan kekurangan skripsi ini se-hingga penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi.Penulis mengucapkan banyak terima kasih atas kerja saman-ya.
Medan, 23 Agustus 2016
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR NOTASI ... xi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 LatarBelakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 4
1.5 Batasan Masalah... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Speed Bump (Pembatas Kecepatan Kendaraan) ... 8
2.2 Generator Elektrik ... 8
2.2.1 Mekanisme Generator ... 8
2.2.2 Rotor ... 10
2.2.3 Stator ... 11
2.3.4 Penyearah... 12
2.3 Roda Gigi ... 13
2.3.1 Macam-macam Roda Gigi ... 12
2.4 Poros ... 18
2.4.1 Macam-macam Poros ... 19
2.4.2 Pemilihan Bahan Poros ... 20
2.4.3 Diameter Poros ... 22
2.4.4. Kekuatan Poros ... 22
2.5 Bantalan ... 22
2.5.1 Pemilihan Jenis Bantalan ... 26
2.6 Pegas ... 27
2.6.1 Klasifikasi Pegas... 28
2.6.2 Bahan Pegas ... 29
2.6.3 Lenturan (Defleksi) Pegas ... 30
2.6.4 Energi yang mampu disimpan ... 30
2.7 Flywheel (Roda Gila) ... 31
2.7.1 Koefisien fluktuasi flywheel ... 31
2.7.2 Menentukan berat roda gila ... 32
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 34
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 34
3.2 Alat dan Bahan ... 34
3.2.1 Alat ... 34
3.2.2 Bahan ... 36
3.3 Desain Speed Bump ... 40
3.4 Diagram Aliran Penelitian... 43
BAB 4 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE ... 44
4.1 Perancangan Alat Pembangkit Daya ... 44
4.1.1 Generator ... 45
4.1.2 Roda Gigi ... 46
4.1.3 Bantalan... 48
4.1.4 Pegas ... 51
4.1.5 Poros ... 52
4.1.6 Perhitungan Rantai ... 56
4.1.7 Fywheel ... 57
4.1.8 Roda G
