perencanaan serta pembuatan pelampung dan sistem belt - USU-IR

PERENCANAAN SERTA PEMBUATAN PELAMPUNG
DAN SISTEM BELT PERUBAH PUTARAN PADA
PROTOTIPE TURBIN AIR TERAPUNG
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
SYAMSUL SIMANJUNTAK
NIM. 040401017
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2009
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala berkat
dan
anugerah-Nya
yang
senantiasa
diberikan
sehingga
penulis
dapat
menyelesaikan Tugas Skripsi ini.
Tugas Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi
Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara. Adapun Tugas Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah
Sistem Pembangkit Tenaga, yaitu “ Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung
Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada Prototipe Turbin Air Terapung”.
Dalam penulisan Tugas Skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala
kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh
dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen
Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Orang Tua tercinta M.br Gultom dan juga kepada keluarga, abang, kakak
yang telah memberikan dukungan baik moril maupun material kepada
penulis dalam menyelesaikan skripsi ini untuk memperoleh gelar sarjana.
2. Bapak Ir.M. Syharil Gultom,MT selaku dosen pembimbing Tugas Skripsi
yang telah meluangkan waktu, memberikan saran dan arahan hingga
selesainya skripsi ini.
3. Bapak Dr-Ing Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT selaku Sekretaris Departemen
Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Awaluddin Thayab, M.Sc selaku dosen wali saya.
6. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara yang tidak dapat disebutkan satupersatu.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
7. Bang John Natal Sinuraya yang telah banyak membantu dalam proses
pembuatan turbin air terapung.
8. Teman satu dalam pembuatan turbin air terapung ini.
9. Rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya sesama
rekan-rekan stambuk 2004.
Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi
penyempurnaan di masa mendatang.
Akhir kata, dengan kerendahan hati penulis mengucapkan terimakasih
kepada semua pihak yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Skripsi ini,
semoga Tugas Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan,
Penulis,
Syamsul Simanjuntak
04 0401 017
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN DARI DOSEN PEMBIMBING..................... ii
LEMBAR PENGESAHAN DARI DOSEN PEMBANDING .................... iii
SPESIFIKASI TUGAS ............................................................................... iv
LEMBAR ASISTENSI DARI DOSEN PEMBIMBING ........................... v
LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI ............................................ vi
KATA PENGANTAR ................................................................................. vii
DAFTAR ISI ............................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ....................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xii
DAFTAR NOTASI...................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2 Batasan Masalah .......................................................................... 2
1.3 Tujuan Perencanaan .................................................................... 2
1.4 Sistematika Penulisan................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................. 4
2.1 Prinsip Archimedes ...................................................................... 4
2.2 Sabuk (Belt) .................................................................................. 6
2.2.1 Fungsi Sabuk (Belt) ........................................................... 6
2.2.2 Transmisi Sabuk-V ........................................................... 9
2.2.3 Transmisi Rantai Rol ........................................................ 11
2.3 Poros dan Pasak ........................................................................... 13
2.3.1 Macam-Macam Poros ....................................................... 13
2.3.2 Macam-Macam Pasak ...................................................... 15
BAB III METODE PERENCANAAN DAN PEMBUATAN .................... 17
3.1 Konsep Dasar Perencanaan dan Pembuatan .............................. 17
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
3.2 Perencanaan Awal Pembuatan Turbin Air Terapung ................ 17
3.2.1 Perencanaan Awal .......................................................... 17
3.2.2 Perencanaan Modek Pelampung .................................... 18
3.2.3 Penentuan Tempat Pembuatan Turbin Air Terapung .. 19
3.3 Pelaksanaan Perencanaan dan Pembuatan ................................. 19
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ..................................... 21
4.1 Perhitungan Daya Rencana Turbin ............................................ 21
4.2 Perhitungan Pelampung ............................................................... 22
4.3 Perhitungan Mekanisme Turbin Air Terapung .......................... 25
4.3.1 Perhitungan Diameter Poros ............................................ 25
4.3.2 Perencanaan Pasak ........................................................... 30
4.3.3 Perhitungan Transmisi Rantai Untuk Transmisi Pertama ..... 36
4.3.4 Perhitungan Transmisi Sabuk Untuk Transmisi Kedua ........ 42
4.3.5 Perhitungan Transmisi Sabuk Untuk Transmisi Ketiga ........ 47
BAB V KESIMPULAN............................................................................... 51
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 51
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 53
LAMPIRAN
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1
Faktor-faktor koreksi daya
22
Tabel 4.2
Ukuran jarak bagi (pitch)
39
Tabel 4.3
Ukuran kekuatan tarik rata-rata dan beban
maksimum rantai.
Tabel 4.4
40
Diameter minimum puli yang diizinkan dan
dianjurkan dengan penampang sabuk.
43
Tabel 4.5
Kapasitas daya yang ditransmisikan sabuk.
43
Tabel 4.6
Panjang sabuk-V standar.
44
Tabel 4.7
Daerah penyetelan jarak sumbu poros.
46
Tabel 4.8
Diameter minimum puli yang diizinkan dan
dianjurkan dengan penampang sabuk.
48
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR
Deskripsi
Gambar 2.1
Halaman
Gaya apung pada benda-benda
yang terendam dan mengapung.
5
Gambar 2.2
Macam-macam sabuk transmisi daya.
7
Gambar 2.3
Konstruksi sabuk-V
9
Gambar 2.4
Ukuran penampang sabuk-V.
10
Gambar 2.5
Rantai rol
11
Gambar 2.6
Variasi kecepatan rantai.
12
Gambar 3.1
Deregen sebagai pelampung.
18
Gambar 3.2
Model rangka besi pelampung.
19
Gambar 3.3
Diagram alir perencanaan dan pembuatan
turbin air terapung.
20
Gambar 4.1
Alternator.
21
Gambar 4.2
Deregen.
23
Gambar 4.3
Jenis-jenis pasak.
31
Gambar 4.4
Dimensi pasak.
32
Gambar 4.5
Diagram pemilihan rantai rol.
37
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR NOTASI
Simbol
Arti
Satuan
FB
Gaya apung
N
v
Volume benda
m3
I
Arus
A
V
Tegangan
v
Pd
Daya rencana
kW
fc
Faktor koreksi
P
Daya alternator
kW
WTurbin
Berat turbin
N
m
Massa
kg
g
Gravitasi
m/s2
n
Putaran
rpm
Sf1
Faktor kemanan dengan beban puntir
Sf2
Faktor keamanan dengan alur pasak
T
Momen puntir
kg.mm
ds
Diameter poros
mm
Kt
Faktor koreksi terhadap momen puntir
Cb
Faktor koreksi akibat beban lentur
F
Gaya tangensial
kg
Pa
Tekanan permukaan yang dijinkan
kg/mm2
i
Perbandingan reduksi putaran
z
Jumlah gigi sproket
p
Jarak bagi
Lp
Jumlah mata rantai
C
Jarak sumbu poros
mm
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
dp
Diamteter puli kecil
mm
Dp
Diameter puli besar
mm
v
Kecepatan
m/s
P0
Kapasitan daya transmisi
kW
dk
Diameter luar sproket kecil
mm
Dk
Diameter luar sproket besar
mm
∆C i
Daerah penyetelan jarak sumbu poros
kesebelah dalam dari letak standar
∆C t
Daerah penyetelan jarak sumbu poros
kesebelah luar dari letak standar.
b
Lebar pasak
mm
L
Panjang poros
mm.
Simbol
Arti
Satuan
γ
Berat jenis fluida
kN/m3
θ
Sudut kontak
(0 )
π
Konstanta phi
τa
Tegangan geser ijin bahan
kg/mm2
τb
Kekuatan tarik bahan
kg/mm2
Simbol Yunani
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini pemanfaatan energi sudah diarahkan pada penggunaan energi
terbarukan yang ada di alam. Misalnya energi air, energi angin, energi matahari,
energi panas bumi dan energi nuklir. Semua energi tersebut telah memenuhi
kriteria sehingga dalam pemanfaatannya dapat menghemat energi fosil. Salah
satunya adalah dengan pemanfaatan energi air. Pemanfaatan energi air banyak
dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan
adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai.
Turbin air adalah mesin fluida yang mengubah energi potensial air
menjadi energi mekanis. Energi mekanis yang dihasilkan selanjutnya dapat
dipergunakan untuk memutar seperti halnya generator untuk pembangkit tenaga
listrik.
Sesuai dengan judul skripsi ini, maka pembuatan turbin air dibuat dengan
memanfaatkan aliran air di sungai yang menggunakan pelampung dan alternator
sebagai penghasil arus listrik. Pelampung ini berfungsi untuk mengapungkan
turbin air pada sungai sehingga turbin tidak tenggelam. Sudu turbin akan berputar
karena dorongan aliran sungai sehingga akan menggerakkan alternator yang
berfungsi sebagai penghasil arus listrik. Putaran sudu turbin ini tidak secara
langsung menggerakkan alternator, tetapi dibuat dengan menggunakan sistem
transmisi sabuk (belt) untuk meneruskan putaran pada alternator supaya putaran
maksimum alternator dapat tercapai.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
1.2 Batasan Masalah
Dalam penulisan ini, penulis perlu membuat batasan-batasan masalah
untuk menghindari pembahasan yang tidak perlu. Adapun pokok pembahasan
masalah yang akan dibahas didalam tugas skripsi ini, meliputi :
•
Pengaplikasian hukum Archimedes.
•
Penentuan jenis pelampung.
•
Penentuan jenis sabuk (belt) yang digunakan sebagai perubah putaran pada
turbin air terapung.
•
Perhitungan mekanisme turbin air terapung.
1.3 Tujuan Perencanaan
Tujuan dari pembuatan turbin air terapung ini adalah :
1. Untuk mengetahui bagaimana cara kerja mekanisme transmisi sabuk (belt)
sebagai perubah putaran.
2. Untuk mengetahui proses pembuatan pelampung turbin air terapung.
3. Dapat membuat turbin air terapung dengan efisien baik dari segi
pengerjaan maupun penggunaan bahan yang diperlukan.
4. Untuk mengaplikasikan ilmu yang didapat dari bangku kuliah baik dari
segi teori maupun praktek.
1.4 Sistematika Penulisan
Sistematika dalam penulisan skripsi ini terdiri atas beberapa bab, yaitu :
1. BAB I. PENDAHULUAN
Pada bab ini dijelaskan mengenai latar belakang penulisan, batasan
masalah, tujuan perencanaan, pengumpulan data dan sistematika
penulisan.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
2. BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini dijelaskan mengenai pembahasan tentang prinsip archimedes,
pengertian tentang sabuk (belt), transmisi sabuk-V, transmisi rantai rol
serta pembahasan poros dan pasak.
3. BAB III. METODE PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
Pada bab ini dijelaskan mengenai konsep dasar perencanaan dan
pembuatan turbin air terapung, perencanaan awal, perencanaan model
pelampung tubin yang akan dibuat, penentuan tempat pembuatan, serta
digram alir proses perencanaan dan pembuatan turbin.
4. BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini dijelaskan mengenai perhitungan-perhitungan daya rencana
turbin,perhitungan gaya apung pelampung, perhitungan sabuk, dan
perhitungan mekanisme turbin air dengan menggunakan rumus yang ada
pada tinjauan pustaka.
5. BAB V KESIMPULAN
Pada bab ini mencakup kesimpulan dari perhitungan dan pembahasan yang
telah dilakukan.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Prinsip Archimedes
Menurut Archimedes [1], jika sebuah benda diam terendam seluruhnya di
dalam sebuah fluida, atau mengapung sedemikian sehingga hanya sebagian saja
yang terendam, gaya fluida resultan yang bekerja pada benda itu disebut “gaya
apung (buoyant force)”. Sebuah gaya netto ke arah atas terjadi karena tekanan
meningkat dengan kedalaman dan gaya-gaya tekan yang bekerja dari bawah lebih
besar daripada gaya-gaya yang bekerja dari atas. Gaya ini dapat ditentukan
dengan pendekatan yang sama seperti yang digunakan pada bagian sebelumnya
mengenai gaya-gaya pada permukaan lengkung.
Sebuah benda berbentuk sembarang yang memiliki volume V, yang terendam
pada sebuah fluida dimana benda tersebut diselubungi dalam sebuah kotak
(parallel epipedum) dan menggambarkan sebuah diagram benda bebas pada kotak
tersebut dengan benda telah dipisahkan. Gaya apung pada benda-benda yang
terendam dan mengapung terdapat pada gambar berikut yang diambil dari [1] :
Gambar 2.1 Gaya apung pada benda-benda yang terendam dan mengapung.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Gaya-gaya F1, F2, F3, dan F4, adalah gaya-gaya yang bekerja pada
permukaan-permukaan bidang dari kotak (gaya-gaya pada arah x tidak
diperlihatkan), W adalah berat volume fluida yang diarsir (kotak dikurangi benda)
dan FB adalah gaya yang diberikan oleh benda pada fluida. Gaya-gaya pada
permukaan vertikal, seperti F3 dan F4 sama besar dan saling menghilangkan,jadi
persamaan kesetimbangan yang ditinjau adalah dalam arah z, dan dapat
dinyatakan sebagai berikut :
FB = F2 – F1 – W...........................................................(2.1)
Jika berat jenis dari fluida konstan, maka persamaannya adalah sebagai berikut :
F2 – F1 = γ (h2 – h1)A...................................................(2.2)
Dimana :
A = luas penampang bidang horizontal dari permukaan atas atau bawah
kotak, sehingga persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut :
FB = γ (h2 – h1)A - γ [(h2 − h1 ) A − V ] ……………………......(2.3)
Dengan menyerderhanakan persamaan diatas, maka persamaan untuk gaya apung
adalah sebagai berikut :
FB = γ × V ...............................................................................(2.4)
Dimana : γ = berat jenis fluida (kN/m3)
V = volume benda (m3)
Oleh karena itu, “gaya apung mempunyai besar yang sama dengan berat
fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut dan mengarah vertikal ke atas”. Hal
ini disebut sebagai “prinsip Archimedes”.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
2.2 Sabuk (Belt)
2.2.1 Fungsi Sabuk (belt)
Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan
transmisi langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran
atau daya yang lain dapat diterapkan, di mana sebuah sabuk luwes atau rantai
dibelitkan sekeliling puli atau sproket pada poros.
Transmisi yang luwes dapat digolongkan atas transmisi sabuk, transmisi
rantai dan transmisi tali atau puli. Dalam kelompok pertama, sabuk rata dipasang
pada puli dengan alur dan meneruskan momen antara dua poros yang jaraknya
dapay samapai 10 meter,dengan perbandingan putaran 1/1 samapai 6/1. dalam
kelompok kedua, sabuk dengan penapang trapesium dipasang pada puli dengan
alur dan meneruskan momen antara dua poros yang jaraknya 5 m dengan
perbandingan putaran 1/1 sampai 7/1. Kelompok terakhir terdiri atas sabuk
dengan gigi yang digerakkan dengan sproket dengan jarak pusat sampai mencapai
2 m, dan meneruskan putaran secara tepat dengan perbandingan antara 1/1 sampai
6/1. Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk-V karena mudah
penanganannya dan harga yang murah. Kecepatan sabuk direncanakan untuk 10
sampai 20 (m/s) dan maksimum sampai 25 m/s. Daya maksimum yang dapat
ditransmisikan kurang lebih sampai 500 kW.
Adapun jenis-jenis sabuk (belt) adalah seperti yang terlihat pada gambar
berikut yang diambil dari [2] :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 2.2 Macam-macam sabuk transmisi daya.
Keterangan :
(A) 1. Sabuk-V standar (berlapis tunggal dan banyak).
2. Murah dan pasarannya luas.
3. Untuk mesin-mesin industri umum.
(B) 1. Sabuk-V unggul (berlapis tunggal dan banyak).
2. Tahan panas, minyak, dan listrik statis.
3. Untuk tugas berat dan jumlah sabuk sedikit.
4. Batas temperatur sampai 900C.
(C) 1. Sabuk-V penampang pendek.
2. Tahan lenturan dan kecepatan tinggi.
3. Untuk otomobil.
(D) 1. Sabuk-V tugas ringan (tipe-L)
2. Tahan lenturan dan kecepatan tinggi.
3. Untuk mesin-mesin pertanian.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
(E)
1. Sabuk-V sempit.
2. Dapat mentransmisikan daya besar.
3. Untuk mesin-mesin industri umum.
(F)
1. Sabuk-V sudut lebar
2. Untuk transmisi kecepatan tinggi dan daya yang besar.
3. Untuk otomobil.
(G) 1. Sabuk-V putaran variabel.
2. Tahan lenturan dan tekanan samping.
3. Untuk penurun putaran variabel.
(H) 1. Sabuk gigi penampang pendek.
2. Tahan lenturan dan kecepatan tinggi.
3. Untuk otomobil besar.
(I)
1. Sabuk segi enam
2. Untuk menggerakkan poros banyak.
3. Untuk mesin pertanian dan mesin industri.
(J)
1. Sabuk bergigi (sabuk gilir)
2. Tidak slip. Dapat dipakai untuk sinkron.
3. Untuk komputer, mesin perkakas, otomobil.
(K)
1. Sabuk berusuk banyak.
2.Dapat menghasilkan putaran dengan kecepatan sudut yang hampir tetap.
3. Untuk mesin perkakas.
(L)
1. Sabuk berlapis kulit dan nilon.
2. Untuk transmisi putaran tinggi dan jarak poros tetap.
3. Untuk mesin kertas, mesin tekstil dll.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
2.2.2 Transmisi Sabuk-V
Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium.
Tenunan tetoran atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk
membawa tarikan yang besar. Bagian-bagian daripada sabuk-V terdapat pada
gambar berikut yang diambil dari [3]:
Gambar 2.3 Konstruksi sabuk-V.
Keterangan : 1. Terpal.
2. Bagian penarik.
3. Karet pembungkus.
4. Bantal karet.
Ukuran-ukuran penampang sabuk-V yang umum dipakai seperti yang terlihat
pada gambar berikut ini diambil dari [3] :
Gambar 2.4 Ukuran penampang sabuk-V.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Menurut Sularso [4], untuk mendapatkan kecepatan linear sabuk-V pada
puli dapat dihitung dengan persamaan berikut ini :
v=
πd p ni
60 × 1000
……………………......................................(2.5)
Untuk mendapatkan jarak sumbu poros yang benar, perlu diketahui panjang
sabuk, dihitung dengan persamaan sebagai berikut [5] :
L = 2C +
π
2
(d p + D p ) +
1
( D p − d p ) 2 ..............................(2.6)
4C
b + b 2 − 8(D p − d p )
2
C=
8
Dimana :
b = 2L – 3,14 (Dp + dp)
Dari persamaan diatas tersebut diperoleh panjang sabuk yang dibutuhkan sehingga
dapat dihitung kapasitas daya yang ditransmisikan oleh sabuk P0 (kW) dengan
persamaan sebagai berikut [6]:
P0 = (dpn) {(C1 (d p n) −0, 09 − (C 2 / d p ) − C 3 (d p n) 2 − C 2 n × {1 − (1 / C 5 )}}
.....................................................................(2.7)
Dimana C1 sampai C5 adalah konstanta-konstanta.
Sedangkan untuk menghitung besarnya sudut kontak antara sabuk dan puli
penggerak dapat digunakan persamaan berikut ini, [6]:
θ = 180° −
57(D p − d p )
C
......................................................(2.8)
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
2.2.3 Transmisi Rantai Rol
Rantai rol terdiri atas pena, bus, rol dan plat mata rantai. Rantai transmisi
daya biasanya dipergunakan dimana jarak poros lebih besar daripada transmisi
roda gigi tetapi lebih rendah daripada dalam transmisi sabuk. Rantai mengait pada
gigi sproket dan meneruskan daya tanpa slip jadi menjamin putaran yang tetap
seperti pada gambar berikut yang diambil dari [7] :
Gambar 2.5 Rantai rol
Rantai sebagai transmisi mempunyai keuntungan-keuntungan seperti :
mampu meneruskan daya besar karena kekuatannya yang besar, tidak
memerlukan tegangan awal, keausan kecil pada bantalan, dan mudah
memasangnya. Karena keuntungan-keuntungan tersebut, rantai mempunyai
pemakaian yang luas seperti roda gigi dan sabuk. Di lain pihak, transmisi rantai
mempunyai beberapa kekurangan, yaitu : variasi kecepatan yang tak dapat
dihindari karena lintasan busur pada sproket yang mengait mata rantai (gambar
2.5), suara dan getaran karena tumbukan antara rantai dan dasar kaki gigi sproket,
dan perpanjangan rantai karena keausan pena dan bus yang diakibatkan oleh
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
gesekan dan sproket. Karena kekurangan-kekurangan ini maka rantai tidak dapat
digunakan pada kecepatan tinggi. Gambar variasi kecepatan rantai terdapat pada
gambar berikut diambil dari [7] :
Gambar 2.6 variasi kecepatan rantai.
Sproket rantai dibuat dari baja karbon untuk ukuran kecil, dan besi cor
atau baja cor untuk ukuran besar. Menurut Sularso [8], jumlah gigi sproket ini
sebaiknya merupakan bilangan ganjil dan lebih dari 15, jumlah gigi minimum
yang diizinkan adalah 13. Sedangkan jumlah gigi untuk sproket besar juga
dibatasi maksimum 114 buah. Perbandingan putaran dapat diizinkan adalah 10/1.
Diameter lingkaran jarak bagi dp dan Dp (mm), diam luar dk dan Dk (mm) untuk
kedua sproket dapat dihitung dengan persamaan berikut ini [9] :
dp = p/sin (1800/z1)
Dp = p/sin (1800/z2) ............................................................(2.9)
{
(
)}
{
(
)}
dk = 0,6 + cot 180 0 / z1 p
Dk = 0,6 + cot 180 0 / z 2 p ...............................................(2.10)
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Sedangkan untuk mencari panjang rantai yang diperlukan dapat dihitung dengan
persamaan seperti berikut ini [9] :
z1 + z 2
C [( z − z 2 ) / 6,28]
..............................(2.11)
+2 . 1
2
p
C/ p
2
Lp =
Kecepatan rantai pada sproket dapat dihitung dengan persamaan seperti berikut ini
[9] :
p × z i × ni
……………………….............................(2.12)
60 × 1000
v=
Sedangkan beban yang bekerja pada rantai F (kg) dapat dihitung dengan
persamaan sebagai berikut [9] :
F=
102 Pd
.......................................................................(2.13)
v
Dari persamaan diatas akan diperoleh besar beban F yang bekerja pada rantai
maka faktor keamanan (Sf) pada rantai dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut [10] :
Sf =
FB
………………………………….......................(2.14)
F
2.3 Poros dan Pasak
2.3.1 Macam-Macam Poros
Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya
sebagai berikut ini :
1. Poros transmisi
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Poros ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya
ditransmisikan kepada poros melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau
sproket rantai.
2. Spindel
Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas,
dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang
harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecildan bentuk serta
ukurannya harus kecil.
Hal-hal harus diperhatikan dalam merencanakan sebuah poros adalah sebagai
berikut ini :
1.Kekuatan poros.
2. Kekakuan poros.
3. Putaran kritis.
4. Bahan poros.
Besarnya deformasi yang disebabkan oleh momen puntir pada poros harus
dibatasi juga. Untuk poros yang dipasang dalam kondisi kerja normal, besarnya
defleksi puntiran dibatasi sampai 0,25 atau 0,3 derajat. Jika ds adalah panjang
poros (mm), θ adalah defleksi puntiran (0), l adalah panjang poros (mm), T
adalah momen puntir (kg/mm), dan G adalah modulus geser (kg/.mm2) dengan
nilai dalam baja G = 8,3 × 103 (kg/mm2). Maka persamaan utnuk mencari panjang
poros adalah sebagai berikut [11] :
L=
θ .G.d s 4
584.T
.....................................................................(2.15)
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Sedangkan untuk menghitung diameter poros yang diperlukan, maka harus
dihitung terlebih dahulu daya rencana yaitu dengan persamaan seperti berikut ini
[12] :
Pd = fc × P…………………………................................(2.16)
Setelah melakukan perhitungan besar daya rencana, maka momen puntir dapat
dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
T = 9,74 × 105
Pd
……………………………................(2.17)
n
Bila momen puntir T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros maka
tegangan geser τ (kg/mm2) yang terjadi dihitung dengan persamaan berikut:
τa =
τb
Sf1 × Sf 2
……………………………......................(2.18)
Dalam perencanaan poros ini diperkirakan akan terjadi beban lentur maka akan
dipertimbangkan pemakaian faktor Cb yang harganya antara 1,2 sampai 2,3 dan
juga harga Kt harus diperhatikan yang harganya antara 1,5 sampai 3,0 sehingga
diameter poros dihitung dengan persamaan [12] :
 5,1

d s =  K t .C b .T 
τ a

1/ 3
…………………..........................(2.19)
2.3.2 Macam-Macam Pasak
Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagianbagian mesin seperti roda gigi, puli, kopling, dan pada poros.
Adapun macam-macam pasak adalah sebagai berikut :
1. Pasak rata.
2. Pasak benam.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
3. Pasak singgung.
4. Pasak pelana.
5. Pasak tembereng.
6. Pasak jarum.
Jika momen rencana T (kg.mm) dan diameter poros adalah ds maka gaya
tangensial yang terjadi pada permukaan poros dihitung dengan persamaan berikut
ini, [13] :
F=
2T
………………………………………...............(2.20)
ds
Tegangan geser yang timbul akibat gaya tangensial pada permukaan poros dapat
dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
τg =
F
……………………………………..................(2.21)
b.l
Kedalaman alur pasak pada poros dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut ini [14] :
Pa ≥
F
……………………………................(2.22).
L.(t1 & t 2 )
Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25-35% dari
diameter poors, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan
panjang poros (antara 0,75 sampai 1,5 ds).
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
BAB III
METODE PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
3.1 Konsep Dasar Perencanaan Dan Pembuatan
Adapun tahap-tahap ataupun konsep dasar dari perencanaan dan
pembuatan turbin air terapung ini adalah :
1. Menentukan bentuk prototipe yang bagaimana harus dibuat.
2. Menentukan ukuran-ukuran dengan perhitungan kasar.
3. Memilih bahan, pemilihan bahan sangat berkaitan dengan ketahanan terhadap
korosi dan ketahanan terhadap keausan.
4. Menentukan alternati-alternatif dengan sketsa yang dapat diandalkan, biaya
pembuatan rendah, mudah dioperasikan, dan membuat bentuk yang menarik.
5. Merencanakan sebuah elemen, gambar kerja setelah merancang bagian-bagian
utama kemudian tetapkan ukuran-ukuran terperinci dari setiap elemen.
3.2 Perencanaan Awal Pembuatan Turbin Air Terapung
3.2.1 Perencanaan Awal
Proses perencanaan turbin air terapung ini diawali dengan menentukan
bentuk turbin yang menggunakan pelampung dan alternator digunakan sebagai
penghasil arus listrik. Untuk mendapatkan hasil yang dinginkan, maka
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
direncanakan sudu turbin tidak secara langsung memutar alternator, tetapi dengan
menggunakan sabuk (belt) supaya putaran maksimum alternator dapat tercapai.
Adapun dasar pemilihan jenis prototipe ini termasuk dalam jenis turbin
adalah diambil dari [15]:
1. Putaran pada kincir berkisar antara 5 – 12 rpm, jika lebih dari itu
dinamakan turbin. Sedangkan prototipe ini direncanakan putarannya
40 rpm. Oleh sebab itu, maka prototipe ini termasuk dalam jenis
turbin.
2. Tekanan di prototipe ini sama dengan tekanan atmosfer (1atm)
sehingga dapat dikelompokkan dalam turbin impuls. Hanya saja, pada
prototipe ini tidak terdapat nosel seperti pada turbin impuls pada
umumnya.
3.2.2 Perencanaan Model Pelampung
Perencanaan model pelampung dibuat berdasarkan bentuk daripada
deregen yang berbentuk persegi panjang dengan ukuran volume 20 liter. Model
ini dipilih setelah melakukan perhitungan gaya apung daripada deregen tersebut
dengan jumlah deregen yang digunakan adalah sebanyak 10 buah. Model ini
dipilih juga memudahkan dalam pembuatan rangka besi pelampung yaitu
berdasarkan ukuran daripada deregen ini. Gambarnya adalah sebagai berikut :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 3.1 Deregen sebagai pelampung.
Berdasarkan jenis pelampung yang telah direncanakan, maka dibuat rangka besi
untuk tempat pelampung berdasarkan ukuran pelampung. Bahannya terbuat dari
besi, dimana diujung daripada rangka besi pelampung ini dibuat runcing yang
berfungsi untuk mengarahkan air ke sudu turbin dan juga berfungsi supaya air
tidak langsung mengenai pelampung.
Gambar 3.2 Model rangka besi pelampung.
3.2.3 Penentuan tempat pembuatan turbin air terapung
Turbin air terapung ini dibuat di bengkel Sinuraya yang terletak di Pasar-v
Padang Bulan, Medan. Penentuan tempat ini dipilih karena fasilitas bengkel
tersebut yang lengkap dan dekat dengan kampus Universitas Sumatera Utara,
sehingga sangat memudahkan datang ke bengkel ini untuk melihat proses
pembuatan turbin air tersebut. Proses pembuatan turbin air terapung memakan
waktu kurang lebih selama 45 hari.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
3.3 Pelakasanaan Perencanaan dan Pembuatan
Diagram alir proses pembuatan turbin air terapung ditunjukkan pada
gambar berikut ini :
Perencanaan Awal
Perencanaan
model turbin
yang akan dibuat
Perhitungan
ukuran-ukuran
turbin.
Perakitan dan
pembuatan.
Penyusunan Skripsi.
Gambar 3.3 Diagram alir perencanaan dan pembuatan turbin
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Perhitungan Daya Rencana Turbin
Dari spesifikasi alternator yang terdapat dilapangan, dipilih merk Toyota
karena harganya lebih murah dibandingkan dengan merk yang lain. Adapun
spesifikasi daripada alternator Toyota tersebut adalah : I = 30 A dan V = 12 v.
Gambar 4.1 Alternator
Maka daya alternator dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
P=V × I
Dimana : P = daya alternator (W)
V = tegangan (v)
I = arus (A)
Maka :
P = 12 × 30
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
P = 360 Watt
Sedangkan daya rencana dihitung dengan persamaan (2.16). Perhitungan daya
rencana yang diperlukan dapat dilihat sebagai berikut :
Pd = fc × P ..........................................................................(4.1)
Dimana : Pd = daya rencana (kW)
fc = faktor koreksi.
P = daya alternator.
Faktor koreksi yang diperlukan untuk menghitung daya rencana yang diperlukan
terdapat pada tabel berikut yang diambil dari [16] :
Tabel 4.1 faktor-faktor koreksi daya, fc
Daya yang akan 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
Dari tabel 4.1 diperoleh bahwa faktor koreksinya adalah fc = 1.4, karena
termasuk daya rata-rata yang diperlukan. Sehingga daya rencana turbin yang
diperoleh adalah sebesar :
Pd = 1,4 × 360
Pd = 504 Watt
Pd ≈ 500 = 0,5 kW
4.2 Perhitungan Pelampung.
Perencanaan pembuatan turbin air terapung dibuat dengan menggunakan
pelampung. Adapun pelampung yang digunakan adalah deregen yang mempunyai
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
ukuran volume 20 liter. Ukuran ini dipilih dengan melakukan perbandingan yang
kedua yaitu dengan menggunakan deregen sebagai pelampung yang ukuran
volumenya 30 liter dengan menghitung gaya apung masing-masing dari setiap
deregen, kemudian membandingkannya dengan berat keseluruhan turbin setelah
ditimbang. Perhitungannya adalah sebagai berikut :
Gambar 4.2 Pelampung.
Adapun berat turbin air terapung setelah ditimbang adalah sebesar 143 kg. Maka
untuk menghitung berat keseluruhan turbin adalah sebagai berikut :
W=m × g
Dimana : m = massa turbin air terapung setelah ditimbang = 143 kg.
g = gravitasi = 9,81 m/s2.
Maka :
WTurbin = m × g
WTurbin = 143 kg × 9,81 m/s2
WTurbin = 1402,8 N.
Dari perhitungan diatas diperoleh bahwa berat keseluruhan turbin air terapung
adalah W = 1402,8 N.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Maka gaya apung untuk deregen dengan ukuran volume 20 liter dapat dihitung
dengan persamaan (2.4). Perhitungannya adalah sebagai berikut :
FB = γ × V ...........................................................................(4.2)
Dimana : FB = gaya apung (N)
γ = berat jenis air (kN/m3)
V = volume deregen (m3)
Sehingga :
FB = γ × V
Dengan γ = 9,789 kN/m3
V = 0,02 m3.
Maka :
FB 1 deregen
= 9,789 kN/m3 × 0,02 m3
= 0,19578 kN
= 195,78 N.
FB 5 deregen
= 195,78 × 5
= 978,9 N.
FB 10 deregen = 195,78 × 10
= 1957,8 N.
Sedangkan gaya apung untuk deregen dengan ukuran volume 30 liter dapat
dihitung dengan persamaan (2.4). Perhitungannya adalah sebagai berikut ini:
FB = γ × V
Dengan γ = 9,789 kN/m3
V = 0,03 m3.
Maka :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
FB 1 deregen
= 9,789 kN/m3 × 0,03 m3
= 0,29367 kN
= 293,67 N.
FB 3 deregen
= 293,67 N × 3
= 881,01 N
FB 5 deregen
= 293,67 N × 5
= 1468,35 N
FB 6 deregen
= 293,67 × 6
= 1762,02 N
FB 10 deregen
= 293,67 N × 10
= 2936,7 N
Berdasarkan perhitungan diatas maka dilakukan percobaan dengan membawa
turbin ke sungai untuk memilih pelampung yang akan digunakan. Apabila dengan
menggunakan deregen dengan ukuran volume 30 liter sebanyak 6 buah maka
pelampung akan tenggelam pada batas permukaan air sedangkan dengan
menggunakan 10 buah deregen dengan ukuran yang sama maka sudu turbin tidak
dapat didorong oleh aliran sungai karena sudu tidak sampai ke permukaan air
kerena gaya apung dari 10 deregen terlalu besar. Sedangkan apabila menggunakan
deregen dengan ukuran volume 20 liter sebanyak 10 buah maka sesuai dengan
yang direncanakan bahwa sudu turbin akan didorong aliran air sungai sebanyak
tiga sudu. Dari percobaan tersebut maka digunakaan deregen dengan ukuran 20
liter sebagai pelampung.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
4.3 Perhitungan Mekanisme Turbin Air Terapung
4.3.1 Perhitungan diameter poros
Bahan untuk poros turbin dipilih dari bahan S-45C karena tahan terhadap
keausan dan banyak dijual dipasaran. Kekuatan tariknya τ b = 58 kg/mm2. Untuk
bahan S-C faktor keamanan Sf1 = 6,0 dan Sf2 = 1,3 – 3,0. Dimana putaran rencana
poros turbin air terapung adalah empat puluh radian per menit.
Maka tegangan geser ijin untuk bahan poros dapat dihitung dengan persamaan
(2.18). Perhitungan tegangan geser ijin bahan poros adalah sebagai berikut :
τa =
τb
Sf1 × Sf 2
……………...................................................(4.3)
Dimana : τ a = tegangan geser ijin bahan (kg/mm2)
τ b = kekuatan tarik bahan (kg/mm2)
Sf1 = faktor keamanan untuk batas kelelahan puntir yang harganya 6,0
untuk bahan S-C
Sf2 = faktor keamanan akibat pengaruh konsentrasi tegangan seperti
adanya alur pasak pada poros,harganya 1,3 ÷ 3,0 dalam
perencanaan ini diambil harganya 1,5.
Sehingga :
τa =
58
6,0 × 1,5
τ a = 6,44 kg/mm2
Dari perhitungan diatas diperoleh momen puntir poros yang dihitung dengan
persamaan (2.17). Perhitungan momen puntir poros adalah seperti berikut :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Ti = 9,74 × 105
Dimana : T
Pd
……………………………...................(4.4)
ni
= momen puntir (kg.mm).
Pd = daya rencana turbin air terapung (kW).
n
= putaran rencana turbin (rpm).
Sehingga :
T1 = 9,74 × 105
0,5
40
T1 = 12175 kg.mm
Sedangkan perhitungan diameter poros dapat digunakan dengan persamaan (2.19).
Perhitungan diameter poros dapat dilihat seperti berikut ini:
 5,1

d s i =  K t .C b .T 
τ a

1/ 3
…………………………….............(4.5)
Dimana :
d s = diameter poros (mm)
τ a = tegangan geser yang diijinkan (kg/mm2)
Kt
= 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.
Cb = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban lentur yang
harganya 1,2 – 2,3.
Dalam perhitungan ini diambil Cb sebesar 2,0 dan Kt sebesar 1,5, maka diameter
poros turbin adalah :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
 5,1

d s1 = 
× 2,0 × 1,5 × 12175
 6,44

d s1 = 31,5 mm ≈ 1
1/ 3
1
inch.
4
Dimana : T1 = momen puntir poros turbin (kg.mm)
ds1 = diameter poros turbin (mm)
Sedangkan diameter poros yang kedua untuk sproket kecil dan puli yaitu
dengan bahan yang sama S-45C dengan Cb sebesar 2,0 dan Kt sebesar 1,5.
Dimana putaran poros yang kedua dinaikkan menjadi 120 rpm yang diperoleh dari
hasil perbandingan jumlah gigi sproket maka momen puntirnya adalah sebesar :
T2 = 9,74 × 105
0,5
120
T2 = 4058,34 kg.mm
Dari perhitungan momen puntir diatas maka diperoleh diameter poros
yang kedua untuk sproket kecil dan puli adalah :
d s2
 5,1

=
× 2,0 × 1,5 × 4058,34
 6,44

1/ 3
d s 2 = 23,52 mm
d s 2 ≈ 1 inch.
Dimana : T2 = momen puntir poros yang kedua untuk sproket kecil dan puli
besar (kg.mm).
ds2 = diameter poros untuk sproket kecil dan puli. (mm)
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Untuk poros yang ketiga yaitu untuk puli kecil dan puli besar, dengan
bahan yang sama S-45C dengan Cb sebesar 2,0 dan Kt sebesar 1,5. Dimana
putarannya dinaikkan lagi menjadi 300 rpm yang diperoleh dari perbandingan
diameter puli, maka momen puntirnya diperoleh :
T3 = 9,74 × 105
0,5
300
T3 = 1623,34 kg.mm
Dari perhitungan momen puntir diatas maka diperoleh diameter poros
yang ketiga untuk puli kecil dan puli besar adalah :
d s3
 5,1

=
× 2,0 × 1,5 × 1623,34
 6,44

1/ 3
d s 3 = 17,682 mm ≈ 1 inch.
Dimana : T3 = momen puntir poros yang ketiga untuk puli kecil dan puli besar
(kg.mm)
d s 3 = diameter poros yang ketiga (mm)
Diameter poros yang ketiga yaitu untuk puli kecil dan puli besar disesuaikan
dengan diameter poros yang kedua yaitu untuk sproket kecil dan puli besar adalah
untuk menghemat biaya dalam pembubutan poros, karena dengan diameter poros
17,682 mm tidak ada dijual dipasaran.
Dari perhitungan diatas dapat dihitung panjang poros yang digunakan pada turbin
adalah dengan persamaan (2.15). Perhitungannya dapat dilihat seperti berikut ini:
L=
θ .G.d s 4
584.T
.........................................................................(4.6)
Dimana : L = panjang poros (mm)
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
G = modulus geser = 8,3 × 103 (kg/mm2)
θ = defleksi puntiran antara 0,250 ÷ 0,30
T = momen puntir (kg. mm)
1
ds = 1 inch = 31,75 mm.
4
Dalam hal ini direncanakan θ = 0,30, maka panjang poros turbin yang dibutuhkan
dalam perancangan turbin air terapung adalah :
L=
0,3 × 8,3 × 10 3 × 31,75 4
584 × 12175
L = 705 mm
L ≈ 700 mm
L = 70 cm.
Sedangkan untuk panjang poros yang kedua antara sproket kecil dan puli besar
dan poros yang ketiga untuk puli kecil dan puli besar adalah sama karena
diameternya sama yaitu ds = 25,4 mm :
0,3 × 8,3 × 10 3 × 25,4 4
L=
584 × 4058,34
L = 698,2 mm
L ≈ 700 mm.
L = 70 cm.
4.3.2 Perencanaan Pasak
Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagianbagian mesin seperti roda gigi, sproket, puli, kopling dan lain-lain pada
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
poros,dimana ukuran-ukuran pasak tergantung pada diameter poros. Adapun
gambar jenis-jenis daripada pasak adalah sebagai berikut yang diambil dari [17] :
Gambar 4.3 Jenis pasak.
Dalam perencanaan ini, pasak yang dipergunakan adalah pasak benam.
Bahan yang digunakan adalah baja S-40C dengan kekuatan tarik 55 kg/mm2. Ini
dipilih agar pasak lebih dahulu rusak daripada poros, karena harga pasak yang
relatif murah. Besarnya tegangan geser bahan pasak yang diijinkan dihitung
dengan rumus sebagai berikut [18] :
τg =
τb
Sf1 .Sf 2
…....................................................................(4.7)
Dimana :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Sf1 = faktor keamanan bahan 6,0
Sf2 = faktor keamanan bahan dan tumbukan (1,3 – 3,0), direncanakan 1,5
Maka :
τg =
55
= 6,11 kg/mm2.
6,0 × 1,5
Gambar 4.4 Dimensi pasak,[19]
Ukuran pasak dapat ditentukan dari persamaan sebagai berikut [20] :
b = (0,25 – 0,35) ds
L = (0,75 – 1,5) ds
dimana : ds = diameter poros turbin = 31,75 mm
b = lebar pasak (mm)
L = panjang pasak (mm)
Maka :
b = 0,25 × ds
(direncanakan)
= 0,25 × 31,75 = 7,9 ≈ 8 mm
L = 1,5 × ds
(direncanakan)
= 1,5 × 31,75 = 47,6 ≈ 50 mm.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Untuk memeriksa keamanan pasak akibat tegangan geser yang timbul,
maka besar gaya tangensial yang bekerja pada permukaan poros harus ditentukan
terlebih dahulu. Besarnya gaya tangensial yang timbul dapat dihitung dari
persamaan (2.20). Perhitungannya dapat dilihat seperti berikut ini:
F=
2T
................................................................................(4.8)
ds
Dimana :
F = gaya tangensial (kg)
ds = diameter poros turbin (mm)
T = momen puntir poros turbin (kg.mm)
Sehingga :
F=
2 × 12175
= 766,92 kg
31,75
Tegangan geser yang timbul akibat gaya tangensial pada permukaan poros turbin
dapat dihitung dengan persamaan (2.21). Perhitungannya terdapat seperti berikut
ini :
τg =
F
.........................................................................(4.9)
b.l
τg =
766,92
= 1,97 ≈ 2 kg/mm2
8 × 50
Dari perhitungan diatas tersebut dapat dilihat bahwa tegangan geser yang
terjadi lebih kecil dari tegangan geser yang diijinkan, maka ukuran pasak yang
direncanakan tahan terhadap tegangan geser.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Sedangkan perencanaan pasak untuk poros yang kedua yaitu untuk sproket
kecil dan puli sama dengan perencanaan pasak pada poros yang ketiga untuk puli
kecil dan puli besar, karena diameternya sama yaitu sebesar 25,4 mm adalah
sebagai berikut :
b = (0,25 – 0,35) ds
L = (0,75 – 1,5) ds
Dimana :
ds = diameter poros = 25,4 mm
b = lebar pasak (mm)
L = panjang pasak (mm)
Maka :
b = 0,25 × ds
(direncanakan)
= 0,25 × 25,4 = 6,3 ≈ 6 mm
L = 1,5 × ds
(direncanakan)
= 1,5 × 25,4 = 38,1 ≈ 40 mm
Untuk memeriksa keamanan pasak akibat tegangan geser yang timbul,
maka besar gaya tangensial yang bekerja pada permukaan poros harus ditentukan
terlebih dahulu. Besarnya gaya tangensial yang timbul dapat dihitung dari
persamaan (2.20). Sehingga perhitungannya sebagai berikut :
F=
2T
ds
F=
2 × 4058,34
= 319,6 kg
25,4
Sehingga :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Tegangan geser yang timbul akibat gaya tangensial pada permukaan poros yang
kedua dan ketiga dapat dihitung dengan persamaan (2.21) adalah sebagai berikut :
τg =
F
b.l
τg =
319,6
= 1,34 kg/mm2
6 × 40
Selanjutnya untuk menghindari kerusakan pada permukaan pasak karena
tekanan bidang yang dipengaruhi tekanan permukaan (Pa) maka harus
direncanakan juga kedalaman alur pasak. Menurut Sularso [20], harga tekanan
permukaan adalah sebesar 8 kg/mm2 untuk poros berdiameter kecil. Maka
kedalaman alur pasak dapat dihitung dengan persamaan (2.22). perhitungannya
sebagai berikut ini :
Pa ≥
F
...............................................................(4.10)
L.(t1 & t 2 )
Dimana : Pa = tekanan permukaan yang diijinkan = 8 kg/mm2
F = gaya tangensial poros (kg)
L = panjang pasak (mm)
t1 dan t2 = kedalaman alur pasak pada poros (mm)
Sehingga kedalaman alur pasak untuk poros turbin adalah sebagai berikut :
Pa ≥
8≥
766,92
50 × t1
766,92
50 × t1
t1 ≥ 2,16 ≈ 2,5 mm
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Sedangkan kedalaman alur pasak untuk poros yang kedua antara sproket kecil dan
puli besar dan kedalaman alur pasak untuk poros yang ketiga antara puli kecil dan
puli besar adalah :
Pa ≥
8≥
319,6
40 × t 2
319,6
40 × t 2
t2 ≥ 1,3 ≈ 1,5 mm
4.3.3 Perhitungan Transmisi Rantai Untuk Transmisi Pertama
Pada perencanaan dan pembuatan turbin air terapung, direncanakan bahwa
putaran sudu turbin tidak secara langsung ke alternator, tetapi harus melalui
beberapa transmisi. Transmisi yang pertama adalah dengan menggunakan rantai.
Ini bertujuan supaya tidak terjadi slip karena putaran rendah dan perbandingan
putaran akan tetap.
1. Perbandingan reduksi putaran antara putaran poros turbin dengan putaran
poros yang kedua antara sproket kecil dengan puli besar dimana bahan
sproket yang digunakan adalah baja karbon. Perbandingan putarannya
dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
i=
n1
n2
i=
40
1
=
120 3
2. Penentuan jumlah gigi sproket sebaiknya merupakan bilangan ganjil dan
lebih dari 15 buah, jumlah gigi minimum yang diijinkan adalah 13 buah.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Dalam perencanaan ini dipilih bahwa jumlah gigi sproket besar z1 = 45
buah. Perhitungannya adalah sebagai berikut [21] :
z2 =
n1
× z1 .........................................................................(4.11)
n2
Dimana :
z1 = jumlah gigi sproket besar
z2 = jumlah gigi sproket kecil
n1 = putaran poros turbin (40 rpm)
n2 = putaran poros pada sproket kecil dan puli besar (120 rpm)
Sehingga diperoleh jumlah gigi sproket kecil z2 adalah sebesar :
z2 =
40
× 45
120
z2 = 15 buah.
3. Rantai yang dipilih adalah rantai nomor 50 dengan rangkaian tunggal,
dengan daya rencana turbin air terapung 500 W = 0,5 kW. Dimana putaran
poros turbin adalah 40 rpm. Pemilihan rantai yang digunakan terdapat
pada gambar diagram berikut yang diambil dari [22] :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.5 Diagram pemilihan rantai rol.
4. Untuk mencari diameter sproket dihitung dengan persamaan (2.10) adalah
sebagai berikut :
{
}
{
}
dk = 0,6 + cot(180 0 / z1 ) p
Dk = 0,6 + cot(180 0 / z 2 p ...................................................(4.12)
Dari persamaan diatas diperoleh diameter luar sproket kecil dan sproket besar
adalah sebesar :
{
}
{
}
d k = 0,6 + cot(180 0 / 15) × 15,875 = 84,50 mm.
Dk = 0,6 + cot(180 0 / 45) × 15,875 = 236,54 mm.
Sedangkan untuk mencari besar diameter lingkaran jarak bagi sproket dihitung
dengan persamaan (2.9) sebagai berikut ini :
d p = p / sin ( 1800 / z1)
Dp = p / sin (1800/z2 .............................................................(4.13)
Maka diameter lingkaran jarak bagi sproket besar D x adalah sebesar :
D p = p / sin ( 1800 / z1 )
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
D p = 15,875 / sin ( 1800 / 45 )
D p = 227,50 mm.
Sedangkan diameter lingkar jarak bagi sproket kecil dx adalah sebesar :
d p = 15,875 / sin ( 1800 / z2 )
d p = 15,875 / sin ( 1800 / 15 )
d p = 76,354 mm.
5. Dengan menggunakan persamaan (2.12) maka kecepatan rantai v (m/s)
dihitung sebagai berikut :
vi=
p × z i × ni
....................................................................(4.14)
60 × 1000
Dimana :
v = kecepatan rantai (m/s)
zi = jumlah gigi pada sproket
ni = putaran (rpm)
p = jarak bagi.
Harga p untuk ukuran rantai nomor 50 terdapat pada tabel dibawah ini yang
diambil dari [23] :
Tabel 4.2 Ukuran jarak bagi, (p)
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Sehingga diperoleh v1 dan v2 adalah sebesar :
v1 =
15,875 × 45 × 40
60 × 1000
v1 = 0,47 m/s
15,875 × 15 × 120
= 0,47 m/s.
60 × 1000
v2 =
6. Beban F (kg) yang bekerja pada rantai dihitung dengan persamaan (2.13).
Perhitungannya dapat dilihat sebagai berikut :
F=
102 × Pd
.......................................................................(4.15)
v
F=
102 × 0,5
= 108,51 kg.
0,47
7. Faktor
keamanan
Sf dapat
dihitung
dengan
persamaan
(2.14).
Perhitungannya dapat dilihat sebagai berikut ini:
Sf =
FB
.............................................................................(4.16)
F
Dimana : Sf = faktor keamanan rantai
FB = batas kekuatan tarik rata-rata (kg)
F = beban yang bekerja pada rantai (kg).
Tabel 4.3 Ukuran kekuatan tarik rata-rata dan beban maksimum rantai, [24]
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Sehingga diperoleh harga Sf sebesar :
Sf =
3200
= 29,49
108,51
8. Penentuan panjang rantai (Lp), dinyatakan dalam jumlah mata rantai
dihitung dengan persamaan (2.11). Perhitungannya adalah sebagai berikut:
z1 + z 2
C [( z − z 2 ) / 6,28]
..................................(4.17)
+2 . 1
2
p
C/ p
2
Lp =
Dimana : Lp = panjang rantai dinyatakan dalam jumlah mata rantai.
C = jarak sumbu poros yang direncanakan adalah 600 mm.
Sehingga diperoleh Lp sebesar :
[(45 − 15) / 6,28]
45 + 15
600
+2
+
2
15,875
600 / 15,875
2
Lp =
Lp = 106,194 ≈ 106
9. Penentuan jarak sumbu poros dalam jarak bagi Cp dan jarak sumbu poros
yang sebenarnya C dihitung dengan persamaan sebagai berikut [25] :
2

z1 + z 2 
z1 + z 2 
1 
2

(z 2 − z1 )2 
Cp =  L p −
 −
 +  Lp −
4 
2 
2  9,86



...............................................................(4.18)
Maka :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Cp =
2

1 
45 + 15 
45 + 15 
2

2 
(
)
106
106
45
15
−
−
+
−
−





4 
2 
2  9,86



Cp = 37,697 mm
C = Cp × p
C = 37,697 x 15,875
C = 598,44 ≈ 600 mm
Sehingga jarak sumbu poros adalah 600 mm.
4.3.4 Perhitungan Transmisi Sabuk untuk Transmisi Kedua.
Pada transmisi yang kedua adalah dengan menggunakan sabuk sebagai
perubah putaran terhadap poros yang ketiga dengan perhitungan sebagai berikut :
1. Perbandingan putaran i antara putaran poros ketiga n3 dengan poros yang
kedua n2 adalah dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
i=
n3
n2
i=
300 5
=
120 2
2. Perhitungan diameter puli kecil :
Perhitungan diameter puli kecil dapat dihitung dengan menggunakan
rumus sebagai berikut :
d p = Dp x
n2
n3
Dimana diameter puli besar dipilih sebesar Dp = 360 mm, supaya perbandingan
putaran pada poros ketiga antara puli kecil dan puli besar sesuai dengan yang
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
direncanakan yaitu 300 rpm. Maka diperoleh besar diameter puli kecil adalah
sebagai berikut :
dp = 360 ×
120
300
dp = 144,0
dp ≈ 145 mm.
Tabel 4.4 Diameter minimum puli yang diizinkan dan dianjurkan dengan
penampang sabuk, [26].
Penampang
A
B
C
D
E
Diameter minimum yang
65
115
175
300
450
95
145
225
350
550
dianjurkan
Diameter minimum yang
dianjurkan
Berdasarkan perhitungan diatas maka diperoleh diameter puli kecil adalah
145 mm, sehingga dapat dilihat pada tabel 4.4 bahwa penampang sabuk-V yang
digunakan untuk merubah putaran adalah penampang sabuk-V dengan tipe-B
standar.
3. Perhitungan kapasitas daya transmisi dari sabuk Po (kW) dapat dihitung
dengan persamaan (2.7) adalah sebagai berikut berdasarkan tabel berikut
yang diambil dari [27] :
Tabel 4.5 kapasitas daya yang ditransmisikan untuk satu sabuk tunggal, Po (kW)
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Po = 0,67 + ( 1.18 – 0,67 ) (
100
100
) + 0,07 + ( 0,13 – 0,07 ) (
)
200
200
= 1,025 kW.
4. Perhitungan panjang keliling sabuk L (mm) dihitung dengan menggunakan
persamaan (2.6). Perhitungannya dapat dilihat saperti berikut ini:
L = 2C +
π
2
( d p + Dp ) +
1
( D p − d p ) 2 .........................(4.19)
4C
Dimana jarak sumbu poros yang direncanakan adalah C = 1075 mm.
Maka :
L = 2 × 1075 +
(360 − 145)
3.14
( 145 + 360 ) +
4 × 1075
2
2
L = 2956.94093 mm
L = 2957 mm.
Dari perhitungan diatas diperoleh bahwa panjang sabuk yang didapat adalah
L = 2957 mm yang mendekati L = 2972 mm. Maka panjang sabuk yang dipilih
adalah L = 2972 mm dengan nomor 117 yang terdapat pada tabel berikut yang
diambil dari [28] :
Tabel 4.6 Panjang sabuk-V standar
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
5. Perhitungan jarak sumbu poros C (mm) yang sebenarnya dihitung dengan
menggunakan persamaan (2.6). Maka perhitungannya adalah sebagai
berikut :
b + b 2 − 8(D p − d p )
2
C=
8
.......................................................(4.20)
Dimana :
b = 2 L − 3.14(D p + d p )
b = 2 × 2972 − 3.14(360 + 145)
b = 4352.02 mm.
4352.02 +
C
=
C
= 1097 mm.
(4352.02)2 − 8(360 − 145)2
8
Maka jarak sumbu poros C yang sebenarnya adalah sebesar 1097 mm.
6. Perhitungan kecepatan sabuk v (m/s) adalah sesuai dengan tabel 4.5 :
v =
0,67 x150 x300
60 x1000
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
v = 0,5 m/s.
7. Besarnya sudut kontak antara sabuk dengan puli penggerak ( θ ) dihitung
dengan menggunakan persamaan (2.7). Maka besar sudut kontak antara
sabuk dengan puli penggerak adalh sebagai berikut :
θ = 180° −
θ = 180° −
57(D p − d p )
C
............................................................(4.21)
57(360 − 145)
1075
θ = 169°
θ = 169o ×
π
180
= 2,9 rad.
8. Daerah penyetelan jarak poros berdasarkan nomor nominal sabuk dan
panjang keliling sabuk yaitu No.117 L = 2972 mm sesuai dengan tabel
dibawah yang diambil dari [29] :
Tabel 4.7 Daerah penyetelan jarak sumbu poros
Nomor
nominal
sabuk
Panjang
keliling sabuk
11 – 38
38 – 60
60 – 90
90 – 120
120 – 185
280 – 970
970 – 1500
1500 – 2200
2200 – 3000
3000 – 4000
Ke sebelah dalam dari
letak standar ∆C i
A
B C
D E
20
20
20
20
20
25
25
35
35
35
40
40
40
40
50
Ke sebelah luar
dari letak standar
∆C t (umum untuk
semua tipe)
25
40
50
65
75
Dari tabel 4.7 diperoleh bahwa harga-harga ∆C i dan ∆C t adalah sebagai
berikut :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
∆C i = 35
∆C t = 65
Dimana ∆C i = Daerah penyetelan jarak sumbu poros ke sebelah dalam dari
letak standar.
∆C t = Daerah penyetelan jarak sumbu poros ke sebelah luar dari
letak standar.
Maka dari perhitungan diatas tersebut dapat disimpulkan bahwa sabuk yang
digunakan adalah adalah sabuk-V standar tipe-B dengan nomor 117 sehingga
mm
daerah penyetelannya adalah 1097 +−65
35 mm .
4.3.5 Perhitungan Transmisi Sabuk untuk rangkaian transmisi ketiga.
Pada transmisi yang ketiga adalah dengan menggunakan sabuk sebagai
perubah putaran terhadap poros alternator dengan perhitungan sebagai berikut :
1. Perbandingan putaran i antara putaran poros alternator n4 dengan putaran
poros puli n3 dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut ini:
i=
n4
n3
i=
1500
300
2. Momen puntir untuk poros alternator dihitung dengan persamaan (2.17).
Perhitungannya dapat dilihat sebagai berikut :
T4 = 9.74 x 10 5
Pd
n4
T4 = 9.74 x 10 5
0,5
1500
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
T4 = 324,67 kg.mm
3. Perhitungan diameter puli untuk penggerak puli alternator adalah dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut :
Dp = d p ×
n4
n3
Dalam spesifikasi alternator bahwa diameter pulinya adalah sebesar dp = 72 mm.
Maka diameter puli untuk penggerak alternator adalah sebagai berikut :
Dp = 72 ×
1500
300
Dp = 360 mm.
4. Pemilihan penampang sabuk sesuai dengan tabel dibawah ini :
Tabel 4.8 Diameter minimum puli yang diizinkan dan dianjurkan dengan
penampang sabuk
Penampang
A
B
C
D
E
Diameter minimum yang
65
115
175
300
450
95
145
225
350
550
dianjurkan
Diameter minimum yang
dianjurkan
Berdasarkan diameter puli alternator dapat disimpulkan bahwa penampang sabuk
yang digunakan adalah penampang sabuk-V dengan tipe A standar.
5. Perhitungan kapasitas daya transmisi dari satu sabuk Po (kW) dihitung
dengan persamaan (2.7) berdasarkan 4.5 seperti berikut ini :
Po = 1,31 + ( 1,43 – 1,31 ) (
100
100
) + 0,18 + ( 0,20 – 0,18 ) (
)
200
200
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Po = 1,56 kW
Maka, kapasitas daya yang ditransmisikan oleh sabuk adalah Po = 1,56 kW.
6. Perhitungan panjang sabuk L (mm) dihitung dengan persamaan (2.6)
dimana jarak sumbu poros yang direncanakan adalah sebesar C = 420 mm.
Perhitungannya adalah sebagai berikut :
L = 2C +
π
2
( d p + Dp ) +
1
( Dp − d p ) 2
4C
(360 − 72)
3.14
L = 2 × 420 +
( 72 + 360 ) +
4 × 420
2
2
L = 1571,44 mm ≈ 1572 mm
Dari perhitungan diatas diperoleh panjang sabuk L = 1572 mm, sehingga
mendekati panjang sabuk L = 1575 mm dengan nomor 62, dapat dilihat pada tabel
4.7. Sehingga dipilih panjang sabuk adalah L = 1575 mm dengan nomor A- 62.
7. Perhitungan kecepatan sabuk v (m/s) dapat dihitung sesuai dengan tabel
4.6 adalah sebagai berikut :
v =
1,31x100 x1500
60 x1000
v = 2,275 m/s.
8. Perhitungan jarak sumbu poros C (mm) yang sebenarnya dihitung dengan
menggunakan persamaan (2.6). Perhitungannya dapat dilihat sebagai
berikut ini :
b + b 2 − 8(D p − d p )
2
C=
8
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Dimana :
b = 2 L − 3.14(D p + d p )
b = 2 × 1575 − 3.14(360 + 72 )
b = 1787,24 mm.
C=
1787,24 +
(1787,24)2 − 8(360 − 72)2
8
C = 437,37 mm
C = 437 mm
Maka, jarak sumbu poros C yang sebenarnya adalah 437 mm.
9. Besarnya sudut kontak antara sabuk dengan puli penggerak ( θ ) dihitung
dengan menggunakan persamaan (2.7). Maka perhitungannya adalah
sebagai berikut :
θ = 180° −
θ = 180° −
57(D p − d p )
C
57(360 − 72 )
420
θ = 140 o
θ = 140o ×
π
180
θ = 2,45 rad.
10. Daerah penyetelan jarak poros berdasarkan nomor nominal sabuk dan
panjang keliling sabuk yaitu No.62, L = 1575 mm, sesuai dengan tabel 4.7
adalah :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
∆C i = 20
∆C t = 50
Dimana ∆C i = Daerah penyetelan jarak sumbu poros ke sebelah dalam dari
letak standar.
∆C t = Daerah penyetelan jarak sumbu poros ke sebelah luar dari
letak standar.
Maka dari perhitungan diatas tersebut dapat disimpulkan bahwa sabuk
yang digunakan adalah adalah sabuk-V standar tipe-A standar dengan nomor 62
mm
sehingga daerah penyetelannya adalah 437 +−50
20 mm .
BAB V
KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan pada bab iv dapat disimpulkan
sebagai berikut :
1. Daya rencana turbin yang didapat berdasarkan dari spesifikasi alternator
yaitu sebesar 500 Watt.
2. Jenis pelampung yang digunakan adalah deregen dengan ukuran volume
20 liter.
3. Bahan poros yang digunakan adalah S-45C dengan diameter :
1
ds1 = 1 inch.
4
ds2 = 1 inch.
ds3 = 1 inch.
4. Panjang poros yang digunakan pada perencanaan turbin adalah :
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Lporos turbin = 700 mm.
Lporos kedua = 700 mm.
Lporos ketiga = 700 mm.
5. Momen puntir poros :
T1 = 12175 kg.mm
T2 = 5084,34 kg.mm
T3 = 1623,34 kg.mm.
T4 = 324,67 kg.mm.
6. Jenis rantai yang digunakan pada transmisi yang pertama adalah rantai rol
no.50 dengan rangkaian tunggal serta jumlah mata rantai 106 buah,
dimana bahan rantai adalah baja S-45C.
7. Bahan sproket yang digunakan adalah baja karbon dengan :
Jumlah gigi sproket kecil,
z1 = 15
Jumlah gigi sproket besar,
z2 = 45
Diameter sproket kecil,
dk = 84,50 mm
Diameter sproket besar,
Dk = 236,54 mm.
8. Diameter puli yang digunakan pada perencanaan turbin air terapung :
Diameter puli besar,
Dp = 360 mm
Diameter puli kecil,
dp = 145 mm
Diameter puli alternator, dp alt = 72 mm.
9. Jenis sabuk yang digunakan sebagai perubah putaran adalah :
Sabuk-V standar dengan tipe A no. 62 dengan panjang L = 1575 mm.
Sabuk-V standar dengan tipe B no. 117 dengan panjang L = 2972 mm.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Bruce R.Munson, Donal F.Young dan Theodore H.Okiishi, (2004).
Mekanika Fluida. Edesi-4, Jilid-1. Penerbit Erlangga, Jakarta. hal.: 85-86.
[2]. Sularso dan Kiyokatsu Suga, (1997). Dasar Perencanaan dan Pemilihan
Elemen Mesin. Cetakan Kesembilan. Penerbit PT. Pradnya Paramita,
Jakarta. hal.: 187.
[3]. Ibid 2, hal.: 164.
[4]. Ibid 2, hal.: 166.
[5]. Ibid 2, hal.: 170.
[6]. Ibid 2, hal.: 172-173.
[7]. Ibid 2, hal.: 190-191.
[8]. Ibid 2, hal.: 193.
[9]. Ibid 2, hal.: 197-198.
[10]. Ibid 2, hal.: 203.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
[11]. Ibid 2, hal.: 18
[12]. Ibid 2, hal.: 7-8.
[13]. Ibid 2, hal.: 25.
[14]. Ibid 2, hal.: 27.
[15]. Fritz Dietzel dan Dakso Sriyono, (1990). Turbin Pompa dan
Kommpresor. Penerbit Erlangga, Jakarta. hal.:15.
[16]. Ibid 2, hal.: 7.
[17]. Ibid 2, hal.: 24.
[18]. Ibid 2, hal.: 8.
[19]. Ibid 2, hal.: 10
[20]. Ibid 2, hal.: 27
[21]. Ibid 2, hal.: 185
[22]. Ibid 2, hal.: 194
[23]. Ibid 2, hal.: 193
[24]. Ibid 2, hal.: 192
[25]. Ibid 2, hal.: 198.
[26]. Ibid 2, hal.: 169.
[27]. Ibid 2, hal.: 172.
[28]. Ibid 2, hal.: 168.
[29]. Ibid 2, hal.: 175.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
LAMPIRAN 1
PROPERTI FISIKA DARI AIR
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
LAMPIRAN 2
PANJANG SABUK V STANDAR
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
LAMPIRAN 3
DIAGRAM PEMILIHAN RANTAI ROL
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
LAMPIRAN 4
BAGIAN-BAGIAN SERTA UKURAN SABUK
Keterangan :
1. Terpal
2. Bagian penarik
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
3. Karet pembungkus
4. Bantal karet.
LAMPIRAN 5
DATA POROS
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
LAMPIRAN 6
UKURAN RANTAI ROL
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
LAMPIRAN 7
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009
Ukuran Puli :
Diameter Dp = 360 mm.
Ukuran Puli :
Diameter Dp = 145 mm.
Syamsul Simanjuntak : Perencanaan Serta Pembuatan Pelampung Dan Sistem Belt Perubah Putaran Pada
Prototipe Turbin Air Terapung, 2009.
USU Repository © 2009