Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga

PERENCANAAN RODA GIGI PADA SISTEM KONVERSI

ENERGI ANGIN SKALA RUMAH TANGGA (Kapasitas Pada

Kecepatan Angin Rendah)

Daya:

Putaran:

DISUSUN

O

L

E

H

YUDI AKHIRNO

NIM:10C10202004

JURUSAN MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS TEUKU UMAR

MEULABOH,ACEH BARAT

LEMBARAN PENGESAHAN

Perencanaan tugas ini di ajukan untuk memenuhi syarat dari mata kuliah Rancangan Elemen mesin II yang terdapat pada kurikulum Fakultas Teknik Jurusan Mesin Universitas teuku Umar Alue penyareng,Perencanaan tugas ini di susun oleh:

Nama: Yudi akhirno NIM: 10c10202004 Jurusan: Teknik Mesin

Sehubungan denngan hal tersebut di atas maka di bawah ini Dosen Pembimbing tugas perencanaan ini telah menyetujui dan mengesahkan tugas perencanaan ini.

Alue Peunyareng, Januari 2012 Mengetahui/Menyetujui

Dosen Pembimbing

MAIDI SAPUTRA, ST NIDN:

JURUSAN TEKNIIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TEUKU UMAR

TUGAS RANCANGAN ELEMEN MESIN II

NAMA: YUDI AKHIRNO NIM:10C10202004

JUDUL TUGAS : Rancangan Sistem Konversi Energi Angin 10 KW

SPESIFIKASI : Perencanaan Ulang Komponen – Komponen Roda Gigi Yaitu Sebagai Berikut: - Roda gigi - Poros - Spline - Sabuk - Bantalan

DI TERIMA SOAL PADA TANGGAL : SELESAI TANGGAL :

Alue Peunyareng, Januari 2012 Dosen Pembimbing

MAIDI SAPUTRA, ST NIDN:

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim...

Puji syukur kami sanjungkan kepada allah swt dan shalawat beserta salam kepada rasullulah saw berkat limpahan rahmatnya penulis dapat menyelsaikan tugas ini yang dikerjaan secara berdiskusi di fakultas teknik Universitas Teuku Umar

Adapun tujuan dari tugas ini adalah untuk menerapkan dan mengembangkan ilmu yang di peroleh dari mata kuliah ELEMEN MESIN II. Dalam hal ini penulis merencanakan ulang roda gigi pada sistem transmisi pada sistem konversi energi angin (turbin angin) kapasitas 50-kw

Dalam menyelsaikan tugas ini penuulis banyak mendapat bimbingan dan saran yang sangat berguna dari Dosen Pembimbing

Pada tugas ini penulis masih banyak kekurangannya. Untuk itu saya mengharapkan kepada semua pihak agar memberikan masukan demi perbaikan dan kesempurnaaan tugas ini.tak lupa pula mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak MAIDI SAPUTRA .ST yang ikut serta dalam membimbing dalam menyelsaikan tugas ini.

Demikianlah yang dapat penulis sampaikan dan penulis saat berharap semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Alue penyareng, Januari 2012 Penulis;

DAFTAR ISI LEMBARAN PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... BAB I. PENDAHULUAN... 1.1. Latar Belakang... 1.2. Tujuan Perancangan... ... 1.3. Rumusan Masalah... 1.4. Manfaat perancangan... BAB II. DASAR TEORI... 2.1. Tinjauan umum... 2.2. klarifikasi Roda Gigi... 2.3. Perbandingan Putaran dan Perbandingan Roda gigi... 2.4. Nama dan bagian roda gigi... BAB III. METODOLOGI

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Sistem konversi energi angin merupakan suatu sistem yang bertujuan untuk mengubah energi potensial angin menjadi energi mekanik poros oleh rotor untuk kemudian diubah lagi oleh alternator menjadi energi listrik. Prinsip utamanya adalah mengubah energi listrik yang dimiliki angin menjadi energi kinetik poros. Besarnya energi yang dapat ditransferkan ke rotor tergantung pada massa jenis udara, luas area dan kecepatan angin. Kincir angin pertama kali digunakan untuk membangkitkan listrik dibangun oleh P. La Cour dari Denmark diakhir abad ke-19. Setelah perang dunia I, layar dengan penampang melintang menyerupai sudut propeler pesawat sekarang disebut kincir angin tipe propeler' atau turbin. Eksperimen kincir angin sudut kembar dilakukan di Amerika Serikat tahun 1940, ukurannya sangat besar yang disebut mesin Smith-Putman, karena dirancang oleh Palmer Putman, kapasitasnya 1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Pensylvania. Diameter propelernya 175 ft(55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100 ft (34m). Tapi salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945. (Astu Pudjanarso, 2006)

Pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun. Sementara tingginya kebutuhan migas tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya menyebabkan kelangkaan sehingga di hampir semua negara berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumber energi baru daterbarukan. (DESDM, 2005)

Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus meningkat karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energi itu sendiri yang senantiasa meningkat. Salah satu sumber pemasok listrik, PLTA bersama pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) dan pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) memang memegang peran penting terhadap ketersediaan listrik terutama di Jawa, Madura, dan Bali.

Indonesia adalah negara yang memiliki sumber daya energi yang sangat melimpah, salah satunya adalah sumber energi angin. Indonesia yang merupakan negara kepulauan dan salah satu Negara yang terletak di garis khatulistiw merupakan faktor, bahwa Indonesia memiliki potensi energi angin yang melimpah. Pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di daerah katulistiwa, udaranya menjadi panas mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin. Sebaliknya daerah kutub yang dingin, udara menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi perputaran udara berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis katulistiwa menyusuri permukaan bumi dan sebaliknya suatu perpindahan udara dari garis katulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi. Potensi energi angin di Indonesia cukup memadai, karena kecepatan angin rata-rat berkisar 3,5 - 7 m/s. Hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) pada 120 lokasi menunjukkan, beberapa wilayah memiliki kecepatan angin di atas 5 m/detik, masing-masing Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, dan Pantai Selatan Jawa.

Tabel 1.1 Pengelompokkan potensi energi angin, pemanfaatan dan lokasi potensial.

KELAS Kec. Angin

(m/s) Daya Spesifik (W/m) Kapasitas (kW) Lokasi Skala Kecil 2,5 - 4,0 < 75 s/d 10 Jawa, NTB, NTT,Maluku, Sulawesi Skala Menengah 4,0 – 5,0 75 -150 10 -100 NTB,NTT SULSEL,SULTRA Skala Besar >5,0 > 150 >100 SULSEL,NTB,NT T,PANTAI SELATAN JAWA Sumber: LAPAN, 2005

Pada tahun 2009, kapasitas terpasang dalam sistem konversi angin di seluruh Indonesia mencapai 1,4 MW yang tersebar di Pulau Selayar (Sulawesi Utara), Nusa Penida (Bali), Yokyakarta, dan Bangka Belitung. Melihat potensi wilayah pantai cukup

luas, pemanfaatan tenaga angin sebagai sumber energi terbarukan di Indonesia sangat mungkin untuk dikembangkan lebih lanjut (Eko S. Baruna, Pusat data dan Informasi ESDM).

Salah satu pemanfaatan energi angin adalah penggunaan turbin angin yang banyak digunakan untuk kebutuhan pertanian, seperti untuk menggerakkan pompa untuk keperluan irigasi, serta kebutuhan akan energi yaitu sebagai pembangkit listrik energi angin. Berbagai macam penemuan turbin angin sebagai pembangkit energi alternatif sudah ditemukan sejak lama dengan berbagai macam bentuk desain. Turbin angin tipe savonius adalah salah satu macam turbin angin yang ditemukan sebagai pemanfaatan energi angin yang bekerja dengan memanfaatkan kecepatan angin. Bentuk sudu dibuat sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan gaya dorong yang akan memutar rotor. Besarnya putaran rotor yang dihasilkan berbanding lurus dengan besarnya kecepatan angin.

1.2.Tujuan perancangan

Dalam suatu perancangan roda gigi pada sistem konversi energi angin kita harus menentukan jenis bahan suatu elemen mesin,pada dasar tujuan dari perancangan roda gigi ini adalah:

1.Dapat memilih dan menentukan jenis roda gigi yang cocok dalam suatu rangkaian 2.Dapat menganalisa gaya-gaya yang bekerja pada roda gigi tersebut

3.Dapat memilih dan menentukan elemen pendukung yang berkaitan langsung dengan rangkaian roda gigi

4.Dapat mengetahui fungsi dan cara kerja dari roda gigi yang di rencanakan 1.3. Perumusan masalah

Pengembangan Energi Listrik Tenaga Angin yang ada di daerah tepatnya di Meulaboh, Kabupaten Aceh Barat, NAD. Teknologi kincir angin, memutar generator tegangan bolak-balik. Karena kecepatan angin yang berubah-ubah, maka tegangan AC yang dihasilkan oleh generator mempunyai frekuensi berubah-ubah pula. Tegangan AC yang frekuensinya berubah-ubah ini harus diubah menjadi tegangan DC yang tetap dengan menggunakan penyearah. Misalnya untuk daya 10 kW, langkah selanjutnya adalah mengubah tegangan DC ini menjadi tegangan AC pada frekuensi 50 Hz dengan menggunakan inverter.

Maka, keluaran yang dihasilkan dari inverter tersebut diparalel dengan jaringan listrik yang ada.

Kecepatan angin pada daerah-daerah di Indonesia memang relatif lebih kecil kecepatan angin rata-rata terbesar adalah daerah Nusa Tenggara, 5,5-6,5 m/s. Sedangkan pulau-pulau besar di Indonesia, seperti Sumatera, Kalimantan, Jawa, Sulawesi dan Papua hanya memiliki kecepatan angin rata-rata antara 2,7 – 4,5 m/s.

1.4. Manfaat perancangan

Manfaat dari tugas rancangan roda gigi untuk sistem konversi energi angin pada skala angin rendah (pemakaian rumah tangga) adalah dapat mengetahui bagaimana cara kerja roda gigi yang sebernarnya sehingga mampu merancang roda gigi pada SKEA pada kapasitas 10 KW untuk pemakaian rumah tangga

BAB II DASAR TEORI

3.1 Sistem Transmisi

Sistem transmisi yang digunakan untuk memindahkan daya dan kecepatan dari kincir ke generator terdiri dari poros, roda gigi, sabuk dan bantalan.

3.3.1 Poros

Poros merupakan salah satu komponen yang sangat penting pada suatu mesin untuk penerus daya dan putaran, hampis semua mesin meneruskan tenaga dengan putaran poros.

Untuk perencanaan poros diperlukan daya rencana (Pd), dimana daya yang

ditransmisikan dikalikan dengan dengan factor koreksi (fc) yang berguna sebagai tindakan

pengamanan.

...(1) Dimana:

Pd = Daya rencana (W)

fc = Faktor koreksi

P = Daya yang ditransmisikan (W)

Putaran (n) poros dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Dimana:

n = Putaran (rpm) v = Kecepatan (m/s) d = diameter poros (mm)

Momen puntir rencana yang terjadi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut : T = 9,74 x 10 n Pd ………... ( 3 ) Dimana ; fc = Faktor koreksi Pd = Daya rencana (kW) n = Putaran poros (rpm)

Tegangan geser yang diizinkan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :

τa = 2 1 .Sf Sf B   …………...( 4 ) Dimana :

σB = Kekuatan tarik bahan

Sf1.Sf2 = Faktor koreksi

Tegangan geser yang terjadi dapat menggunakan persamaan berikut :

 

3 1 , 5 ds T    ...( 5 ) Dimana: T = momen puntir (kg/mm) ds = diameter poros (mm) 3.3.2 Roda Gigi

Roda gigi berfungsi untuk mentransmisikan daya dan putaran yaitu dari putaran tinggi ke putaran rendah ataupun dari putaran rendah ke putaran yang lebih tinggi, sehingga daya

yang dihasilkan dari sudu rotor dapat ditransmisikan ke beban yang ingin di

gerakkan.(Sularso, Kiyokatsu Suga: Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin)

Klasifikasi Roda Gigi

Adapun roda gigi diklasifikasikan menurut beberapa hal yaitu:

1. Menurut letak poros.

2. Menurut bentuk alur gigi.

3. Menurut arah putarannya.

1. Menurut Letak Poros

Pembagian roda gigi menurut letak porosnya ada tiga macam yaitu:

a. Roda gigi dengan poros sejajar yaitu roda gigi di mana giginya berjajar pada dua

bidang silinder, kedua bidang silinder tersebut bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu tetap sejajar. Adapun roda gigi yang termasuk dalam poros sejajar antara lain adalah :

 Roda gigi lurus.

 Roda gigi luar.

 Roda gigi miring.

 Roda gigi dalam dan pinyon.

 Roda miring ganda.

 Batang gigi dan pinyon.

b. Roda gigi dengan poros berpotongan yaitu roda gigi di mana giginya berpotongan

pada dua bidang silinder dan kedua bidang tersebut bersinggungan. Adapun roda gigi yang termasuk dalam poros berpotongan antara lain adalah :

 Roda gigi kerucut lurus.

 Roda gigi kerucut miring.

 Roda gigi kerucut spiral.

 Roda gigi kerucut miring ganda.

 Roda gigi kerucut ZEROL.

c. Roda gigi dengan poros silang yaitu roda gigi yang kedua sumbunya saling bersilangan namun tidak saling berpotongan dan pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangung secara meluncur dan menggelinding. Adapun roda gigi yang termasuk dalam poros silang antara lain adalah :

 Roda gigi cacing silindris.

 Roda gigi hiperboloid.

 Roda gigi cacing selubung ganda.

 Roda gigi hipoid.

 Roda gigi cacing samping.

 Roda gigi permukaan silang.

Roda gigi menurut letak poros ini, sudah mencakup semua jenis roda gigi yang umumnya digunakan dalam transmisi daya dan putaran poros.

2. Menurut Bentuk Alur Gigi

Pembagian roda gigi menurut bentuk alur giginya dibagi menjadi tiga macam yaitu :

a. Roda gigi lurus yaitu roda gigi dengan bentuk alur giginya lurus dan sejajar dengan

poros.

b. Roda gigi miring yaitu roda gigi dengan bentuk alur giginya memiliki

kemiringan tertentu.

c. Roda gigi miring ganda yaitu roda gigi dengan bentuk alur giginya memiliki dua

kemiringan tertentu yang sama besarnya.

3. Menurut Arah Putarannya

Pembagian roda gigi menurut arah putarannya dibagi menjadi dua macam yaitu:

a. Roda gigi yang mempunyai arah putaran berlawanan terhadap roda gigi yang

digerakkannya.

b. Roda gigi yang mempunyai arah putaran yang sama dengan roda gigi yang

Untuk menghitung bagian-bagian roda gigi, khususnya roda gigi kerucut dapat menggunakan persamaan yang ada dibawah ini:

Diameter jarak bagi sementara pinion dan roda gigi

 

d'₀ dapat dihitung

menggunakan persamaan berikut:

i a d   1 2 ' 0 ...( 6 ) Dimana: i = jumlah gigi

a = jarak sumbu poros

Diamater jarak bagi sebenarnya

 

d₀ dapat dihitung menggunakan persamaan

berikut: 1 0 m z d   ...( 7 ) Dimana: z = jumlah gigi m = modul gigi

Diameter kepala

 

d_k dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:



z



m

d_k  2 ...( 8 ) Dimana:

z = jumlah gigi m = modul gigi

Tinggi Gigi pada roda gigi

 

H dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: k c m H 2  ...( 9 ) Dimana: z = jumlah gigi m = modul gigi

ck = kelonggaran puncak gigi

Tinggi kepala

 

hk dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:



x



m

h_k1  1 ...(10) Dimana:

m = modul gigi

Tinggi kaki roda gigi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:





k

f x m c

h  1  ...(11)

Dimana:

Ck = kelonggaran puncak gigi

m = modul gigi

Putaran (n) yang ditransmisikan roda gigi 1 adalah dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: n= 0 60000V d  ...(12) Dimana: v = kecepatan (m/s)

d0 = diameter jarak bagi sebenarnya (mm)

Faktor koreksi terhadap kecepatan (fv) dapat dihitung menggunakan persamaan

V fv   3 3 ...(13) Dimana: v = kecepatan (m/s)

Gaya tangensial roda gigi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

V P Ft 102  ...(14) Dimana:

P = daya yang ditransmisikan (W) v = kecepatan (v)

Beban lentur yang diizinkan

 

F'_b dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

1 '_b

F = σ2. m. Y. fv...(15) Dimana:

= factor koreksi kecepatan

m = modul gigi

Y = faktor bentuk gigi

σ2 = tegangan yang diizinkan

Lebar roda gigi (b) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: b = 6m…………...(16)

Dimana:

m = modul gigi

h = 2 .m  ...(17) Dimana: m = modul gigi

Jarak bagi lingkar

 

t dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

t= Z .d  ...(18) Dimana: z = jumlah gigi d = diameter gigi (mm) 3.3.3 Bantalan

Bantalan adalah bagian dari elemen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros, sehingga putaran atau daya bolak – baliknya dapat berlangsung secara halus, cukup kokoh untuk memungkinkan elemen – elemen lain bekerja dengan baik. Dalam perencanaannya bantalaan harus dapat memenuhi beberapa syarat antara lain :

- Harus dapat menahan beban berat pada poros

- Poros harus dapat berputar dengan halus

- Harus dapat menahan gaya yang bekerja secara radial, tangensial, dan aksial.

Untuk perencanaan bantalan, gaya tangensial yang terjadi, dapat dihitung dengan persaamaan berikut:

Dimana :

T = Momen puntir poros (kg.mm) d = Diameter poros ( mm)

Untuk faktor kecepatan (fn), dapat dihitung dengan persamaan berikut:

( )

⁄

Dimana:

n = putaran (rpm)

Faktor umur bantalan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: ( ) ⁄ Dimana : Lh = Lama pemakaian

3.3.4 Sabuk Dan Puli

Sabuk dapat mentransmisikan daya antara dua buah poros yang berjauhan yang tidak mungkin ditransmisikan langsung oleh roda gigi. Dalam hal ini transmisi putaran atau daya yang lain dapat diterapkan, dimana sebuah sabuk dibelitkan sekeliling puli atau poros.

Kelemahan transmisi sabuk adalah dapat terjadi slip antara puli dan sabuk. Maka sabuk tidak dapat meneruskan putaran dengan perbandingan yang tepat.

Puli adalah sebuah mekanisme yang terdiri dari roda pada sebuah poros yang memiliki alur diantara dua pinggiran di sekelilingnya. Sebuah sabuk biasanya digunakan pada

alur puli untuk memindahkan daya. Puli digunakan untuk mengubah arah gaya yang digunakan, meneruskan gerak rotasi, atau memindahkan beban yang berat. Sistem puli dengan sabuk terdiri dua atau lebih puli yang dihubungkan dengan menggunakan sabuk. Sistem ini memungkinkan untuk memindahkan daya, torsi, dan kecepatan, bahkan jika puli memiliki diameter yang berbeda dapat meringankan pekerjaan untuk memindahkan beban yang berat.

Gambar 3.4. Sistem Puli dengan Menggunakan Sabuk

Rangkaian sabuk dan puli dapat digolongkan manjadi: 1. Sabuk terbuka

Sabuk terbuka (open belt drive) digunakan untuk menghubungkan dua poros sejajar yang berputar dengan arah yang sama. Jarak kedua sumbu poros besar, sehingga sisi kencang sabuk harus ditempatkan di bagian bawah.

2. Sabuk silang

Sabuk silang (cross or twist belt drive) disebut juga sabuk puntir, digunakan untuk dua poros sejajar dengan putaran berlawanan arah. Perlu diperhatikan, bahwa terjadi persinggungan sabuk yang akan menimbulkan pengikisan sabuk satu sama lain. Untuk menghindarinya poros-poros harus mepunyai jarak makasimum 20 x lebar sabuk, dengan kecepatan dibawah 15 m/s.

Sabuk seperempat putaran (quarter turn belt drive) digunakan untuk poros tegak lurus dan berputar pada suatu arah tertentu. Jika dikehendaki arah lain perlu dipasang puli pegarah (guide pulley). Untuk mencegah lepasnya sabuk, lebar bidang singgung puli harus lebih besar atau sama dengan atau sama dengan 1,4 lebar sabuk.

4. Sabuk dengan puli pengencang

Sabuk dengan puli pengencang, digunakan pada poros sejajar dengan sudut kontak yang kecil.

5. Sabuk kompon

Sabuk kompon (compound belt drive) digunakan untuk meneruskan daya dari suatu poros ke poros lainnya melalui beberapa puli.

6. Sabuk bertingkat

Sabuk bertingkat digunakan jika dikehendaki perubahan kecepatan poros yang digerakan pada waktu poros penggerak berputar pada kecepatan konstan

7. Sabuk dengan puli pelepas

Sabuk dengan puli pelepas digunakan jika dikehendaki menjalankan atau menghentikan poros mesin tanpa mempengaruhi puli penggerak. Puli yang terpasak pada mesin disebut fast pulley, dan puli yang berputar bebas disebut loose pulley.

8. Sabuk V.

Sabuk V terbuat dari karet dengan penampang trapezium, yang didalamnya terdapat tenunan tetoron atau sejenis bagian inti untuk memberikan kekuatan tarik yang besar.

Untuk perencanaan sabuk dan puli diperlukan parameter sebagai berikut:

 Diameter poros puli (ds)

Untuk besar diameter poros pada puli dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : 3 / 1 1 . 5           Kt Cb T d a s _ ………(22)

Dimana :

Kt = Faktor koreksi untuk momen puntir, dipilih untuk sedikit tumbukan. Cb = Faktor koreksi untuk pembebanan lentur, bila terjadi beban lentur.

 Diameter luar puli (dk)

Diameter luar puli dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: dk = dmin + (Kt . K)………...(23)

Dimana:

Dmin = Diameter minimum (mm)

 Kecepatan Sabuk (v) 1000 . 60 . .dm in n1 v   ………(24) Dimana: n = putaran (rpm)

BAB III

METODELOGI

Dalam perencanaan blade kincir angin menggunakan persamaan Drag Force. Blade

yang direncanakan sebanyak 4 buah blade, dan ukuran dari blade tersebut adalah:

Gambar 2.1.Blade kincir angin

Gambar 2.2. Ukuran blade kincir angin

Dalam perencanaan sistem transmisi kecepatan, daya dan gaya dari kincir ke

generator ditransmisikan menggunakan roda gigi. Dari roda gigi kemudian daya dan gaya

Beberapa elemen mesin yang digunakan dalam perencanaan kincir angin ini adalah poros, roda gigi, bantalan.

a. Poros

Poros yang direncanakan sebanyak dua buah yaitu, poros input yang terhubung langsung dengan blade dan poros output yang berfungsi untuk meneruskan daya dan gaya.

b. Roda Gigi

Roda gigi yang digunakan merupakan jenis bevel gear atau roda gigi kerucut,

berjumlah 4 buah. Dua buah terletak pada siku pertama dan 2 buah lagi terletak pada siku kedua.

c. Bantalan

Bantalan yang direncanakan adalah bantalan gelinding karena bantalan ini mempunyai keunggulan pada gesekannya yang sangat rendah. Jumlah bantalan yang direncanakan adalah sebanyak 6 buah.

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Kincir Angin

Daya kincir dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

P = Fd.V Dimana: Fd = Cd(1/2.ρ.A.V2) Diasumsikan: V = Kecepatan angin (3,4 m/s) ρ = Massa jenis (1,2 kg/m3 ) A = Luas penampang (0,0 173 m2)

Cd = Koefisien drag forces (2,3) didipilih berdasarkan tabel drag forces

(Lampiran A Tabel 1) Maka:

Fd= 2,3 (0,5) (1,2 kg/m3) (0,0173 m2) (3,4 m/s)2 = 0,275 kg.m/s2

Dari hasil perhitungan diatas, maka daya kincir angin dapat dihitung.

P = Fd.V

= 0,275 kg.m/s2

= 0,938 Watt

Daya yang ditransmisikan 0,938 W, untuk perencanaan diperlukan daya rencana (Pd)

dimana daya yang ditransmisikan dikalikan dengan faktor koreksi (fc) yang digunakan sebagai

tindakan pengamanan daan dapat dicari dengan persamaan berikut:

Pd = fc . P

Dimana: fc diambil 1,2 untuk daya maksimum (Lampiran A Tabel 2), maka:

Pd = 1,2 x 0,938 = 1,256 W

Dalam perencanaan ini diameter poros direncanakan sebesar 20 mm, sehingga putarannya (n) dapat dihitung:

=

54,14 rpm

Momen puntir yang terjadi pada poros dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

T = 20,23 kg.mm

Bahan poros yang digunakan dalam perencanaan ini adalah, S30C dengan kekuatan

tarik (σB) = 48 kg/mm2. Maka faktor keamanan bahan adalah:

Sf1 = 6,0 ; untuk baja karbon S-C

Tegangan yang diizinkan (τa), pada poros dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Tagangan geser (τ) yang terjadi dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Dari perhitungan diatas tegangan yang diizinkan untuk poros sebesar 4 kg/mm2

dan tegangan yang diterima oleh poros sebasar 0,012 kg/mm2 sehingga perencanaan ini

dianggap baik.

4.3 Roda Gigi

Roda gigi yang digunakan merupakan jenis bevel gear atau roda gigi kerucut yang

berjumlah 4 buah. Dua buah terletak pada siku pertama dan 2 buah lagi terletak pada siku kedua.

Gambar 4.1. Nama Bagian Roda Gigi

Perencanaan dan Perhitungan Roda Gigi 1 dan 2

Jumlah gigi dari roda gigi (z)

 Jumlah gigi (z₁) = 20 buah

Jumlah gigi (z₂) = 60 buah

 Jarak antara poros utama dan poros output = 60 mm

 Perbandingan gigi (i) 20 60 1 2   z z = 3

 Diameter jarak bagi sementara roda gigi

 

d'₀

i a d   1 2 ' 01 i ai d   1 2 ' 02 3 1 60 2 ' 01    d 3 1 3 60 2 ' 02     d 30 ' 01  d mm d₀₂' 90mm

 Diamater jarak bagi sebenarnya

 

d₀

30 20 5 , 1 1 01 mz    d mm

90 60 5 , 1 2 02 mz    d mm  Diameter kepala

 

d_k



z



m d_k1  ₁ 2 d_k2 



z₂ 2



m



20 2



1,5 1   k d d_k2 



602



1,5 33 1  k d mm d_k2 93mm  Diameter kaki

 

df m c_k 0.25 5 , 1 25 . 0   k c 375 . 0  k c mm



z



m ck df1  12 2 df2 



z2 2



m2ck



60 2



1,5 2 0,375 1     df df2 



602



1,520,375 25 , 86 1  df mm df₂ 86,25mm

 Tinggi pada roda gigi

 

H

 Tinggi Gigi pada roda gigi

 

H

375 , 3 375 . 0 5 , 1 2 2       m ck H mm  Tinggi kepala

 

h_k1



x



m hk1  1 1

Dimana : [ ( ) ] Maka:



1 0,4



1,5 1   k h h_k1 2,1mm

 Tinggi kaki roda gigi





k

f x m c

h ₁  1 ₁ 

h_f1 



10,4



1,50,375

= 1,275 mm

 Faktor bentuk gigi (Y)

Faktor bentuk gigi (Y) dapat didapatkan berdasarkan tabel (Lampiran A Tabel 3)

Y1 = 0,320

Y2 = 0,421

 Putaran (n) yang ditransmisikan roda gigi 1 adalah

V = 100 x 60 n .d_{01 2} 

n = 01 60000V d  = 30 3,4 60000    n = 2165 rpm

 Faktor koreksi terhadap kecepatan (fv)

Kecepatan yang direncanakan adalah 3,4 m/s, maka faktor koreksi terhadap kecepatan dapat dihitung.

V f v   3 3 4 , 3 3 3   fv 468 , 0  fv kg

 Gaya tangensial roda gigi

V P Ft 102  = 3,375 kg 3,4 0,01125 102 _

 Bahan roda gigi

Dalam perencanaan ini diambil bahan untuk semua roda gigi yaitu : S35C dengan

kekuatan tarik ( B = 52 Kg/mm2) (Lampiran A Tabel 4).

σ2 = 23 kg/mm2

 Beban lentur yang diizinkan

 

F'_b

F'b₁= σ2. m. Y1. fv = 231,50,320,468 = 5,16 kg F’b2 = σ2. m. Y2 _fv =231,50,4210,468 =6,79 kg

 Lebar roda gigi (b)

b = 61,5 = 61,5 = 9 mm  tebal gigi (h) h = 2,35mm 2 .1,5 2 .m _ _ 

 jarak bagi lingkar

 

t₁

1 t = 1 01 Z .d  2 02 2 . Z d t  = 4,28mm 20 30 3,14   = 60 90 14 , 3  = 6,28 mm

 jarak sumbu poros (a)

a =

2 d d₀₁  ₀₂

= 2 90 30 = 60 mm  Pemeriksaan keamanan 6 1,5 9 m b   3,3 9 30 b d _{ }

Dari hasil yang diperoleh dapat diketahui aman atau tidak dengan persyaratan dibawah ini : 0,6 m b 1,5 b d Maka: 60,6 5 , 1 3 , 3 

Dengan demikian roda gigi reduksi ini adalah aman untuk digunakan.

Perencanaan Dan Perhitungan Roda Gigi 3 dan 4

Perencanaan roda gigi 3 dan 4

 Diameter gigi (d3) = 20 mm

 Tebal gigi (h) = 2,35 mm

 Lebar (b) = 9 mm

- Tinggi kepala (hk) = 1,5 mm

- Tinggi kaki (hf) = 1,875 mm

 Jumlah gigi (Z3) dan (Z4) = 15

 Putaran yang ditransmisikan oleh roda gigi 3 adalah

3 60000 d v n    20 14 , 3 60000 4 , 3    n 4.4 Bantalan

Bantalan yang direncanakan dalam perencanaan ini adalah bantalan gelinding.

 Untuk menghitung gaya tangensial yang terjadi, dapat dihitung dengan persaamaan

berikut:

Dimana :

T = Momen puntir poros (20,23 kg.mm) d = Diameter poros (20 mm)

 Gaya radial (Fr) yang terjadi

F_r  F_ttg

F_r 2,023tg180,65kg  Beban ekuivalen dinamis (Pr)

a r

r X V F Y F

P     

Dimana :

X = Faktor beban radial, 0,56

V = 1

Fa = Diabaikan karena tidak ada beban aksial pada bantalan gelinding ini

dengan roda gigi lurus. Maka:

P_r 0,5610,650 = 0,364 kg

 Untuk faktor kecepatan (fn), dapat dihitung dengan persamaan berikut:

( ) ⁄ ( ) ⁄

 Faktor umur bantalan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

( )

⁄

Dimana :

Lh = Lama pemakaian adalah (20000-30000), dengan pemakaian terus menerus.

( )

⁄

 Kapasitas nominal dinamis spesifik, ( C ) 2 , 0 4 , 3 364 , 0     n h r f f P C = 6,18 kg

4.5 Sabuk Dan Puli

Parameter yang akan dihitung untuk sabuk dan puli antara lain:  Momen rencana (T)

Momen rencana pada poros puli dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

n Pd T 9.74105 Dimana: Pd = 1,256 W n = 3248 rpm Sehingga: 3248 256 , 1 10 74 . 9  5  T T 376,64 kW  Diameter poros puli (ds)

Untuk besar diameter poros pada puli dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

3 / 1 1 . 5           Kt Cb T d a s  Dimana:

Kt = 1.5 (faktor koreksi untuk momen puntir, dipilih untuk sedikit tumbukan) Cb = 1.2 (faktor koreksi untuk pembebanan lentur, bila terjadi beban lentur)

Maka: 3 / 1 64 , 376 2 . 1 5 . 1 4 1 . 5     _{  }  s d ds 9,52 mm

Dari hasil perhitungan diameter poros maka besar diameter yang akan kita ambil adalah 20 mm.

 Diameter minimum puli (dmin)

Untuk diameter minimum puli dapat kita ambil 145 (Lampiran A Tabel 5) karena jenis/tipe penampang sabuk yang kita pilih adalah tipe B.

 Diameter luar puli (dk)

Diameter luar puli dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: dk = dmin + (Kt . K)

Dimana:

K = 5,5 ( Lampitan A Tabel 6) Maka :

dk = 153.25 mm  Kecepatan Sabuk (v) 1000 . 60 . .dm in n1 v   Maka : ) / ( 6 , 24 1000 . 60 3248 . 145 . 14 , 3 s m v  

Untuk konstruksi yang baik dan aman maka, kecepatan sabuk harus lebih kecil dari 30 m/s. Sehingga perencanaan ini dianggap baik