Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
-
Upload
yudi-hanyauntukmu -
Category
Documents
-
view
234 -
download
1
Transcript of Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
1/37
PERENCANAAN RODA GIGI PADA SISTEM KONVERSI
ENERGI ANGIN SKALA RUMAH TANGGA (Kapasitas Pada
Kecepatan Angin Rendah)
Daya:
Putaran:
DISUSUN
O
L
EH
YUDI AKHIRNO
NIM:10C10202004
JURUSAN MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TEUKU UMARMEULABOH,ACEH BARAT
2012
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
2/37
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:
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
3/37
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 KomponenKomponen 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:
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
4/37
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;
YUDI AKHIRNO
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
5/37
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 IV. PEMBAHASAN
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
6/37
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.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
7/37
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.
KELASKec. 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
Menengah4,05,0 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
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
8/37
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.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
9/37
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 2,74,5 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
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
10/37
BAB II
DASAR TEORI
3.1 Sistem TransmisiSistem 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)
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
11/37
Momen puntir rencana yang terjadi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :
T = 9,74 x 10n
Pd........................................... ( 3 )
Dimana ;
fc = Faktor koreksi
Pd= Daya rencana (kW)
n = Putaran poros (rpm)
Tegangan geser yang diizinkan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :
a =21.SfSf
B
.................................................( 4 )
Dimana :
B = Kekuatan tarik bahan
Sf1.Sf2 = Faktor koreksi
Tegangan geser yang terjadi dapat menggunakan persamaan berikut :
31,5
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
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
12/37
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 PorosPembagian roda gigi menurut letak porosnya ada tiga macam yaitu:
a. Roda gigi dengan poros sejajar yaitu roda gigi di mana giginya berjajar pada duabidang 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 berpotonganpada 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. Roda gigi permukaan.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
13/37
c. Roda gigi dengan poros silang yaitu roda gigi yang kedua sumbunya salingbersilangan 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 GigiPembagian 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 denganporos.
b. Roda gigi miring yaitu roda gigi dengan bentuk alur giginya memilikikemiringan tertentu.
c. Roda gigi miring ganda yaitu roda gigi dengan bentuk alur giginya memiliki duakemiringan tertentu yang sama besarnya.
3. Menurut Arah PutarannyaPembagian roda gigi menurut arah putarannya dibagi menjadi dua macam yaitu:
a. Roda gigi yang mempunyai arah putaran berlawanan terhadap roda gigi yangdigerakkannya.
b. Roda gigi yang mempunyai arah putaran yang sama dengan roda gigi yangdigerakkannya.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
14/37
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 0'd dapat dihitung
menggunakan persamaan berikut:
i
ad
1
2'0 ........................................................( 6 )
Dimana:
i = jumlah gigi
a = jarak sumbu poros
Diamater jarak bagi sebenarnya 0d dapat dihitung menggunakan persamaan
berikut:
10 zmd ......................................................( 7 )
Dimana:
z = jumlah gigi
m = modul gigi
Diameter kepala kd dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
mzdk 2 ...............................................( 8 )
Dimana:
z = jumlah gigi
m = modul gigi
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
15/37
Tinggi Gigi pada roda gigi H dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
kcmH 2 .................................................( 9 )
Dimana:
z = jumlah gigi
m = modul gigi
ck = kelonggaran puncak gigi
Tinggi kepala kh dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
mxhk 11 .................................................(10)
Dimana:
m = modul gigi
Tinggi kaki roda gigi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
kf cmxh 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
berikut:
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
16/37
Vfv
3
3.......................................................(13)
Dimana:
v = kecepatan (m/s)
Gaya tangensial roda gigi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
V
PFt
102 ......................................................(14)
Dimana:
P = daya yang ditransmisikan (W)
v = kecepatan (v)
Beban lentur yang diizinkan bF' dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
1'bF = 2. m. Y. fv.............................................(15)
Dimana:
= factor koreksi kecepatanm = modul gigi
Y = faktor bentuk gigi
2= tegangan yang diizinkan
Lebar roda gigi (b) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
b = m6 ..........................................(16)
Dimana:
m = modul gigi
Tebal gigi (h) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
17/37
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.- Konstruksi sederhana dan mudah pemasangannya.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
18/37
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 yangmemiliki alur diantara dua pinggiran di sekelilingnya. Sebuah sabuk biasanya digunakan pada
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
19/37
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 terbukaSabuk 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 silangSabuk 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.
3. Sabuk seperempat putaran
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
20/37
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 pengencangSabuk dengan puli pengencang, digunakan pada poros sejajar dengan sudut kontak
yang kecil.
5. Sabuk komponSabuk kompon (compound belt drive) digunakan untuk meneruskan daya dari suatu
poros ke poros lainnya melalui beberapa puli.
6. Sabuk bertingkatSabuk bertingkat digunakan jika dikehendaki perubahan kecepatan poros yang
digerakan pada waktu poros penggerak berputar pada kecepatan konstan
7. Sabuk dengan puli pelepasSabuk 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
TCbKtd
a
s
(22)
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
21/37
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
..1min
ndv
(24)
Dimana:
n = putaran (rpm)
dmin= diameter minimum (mm)
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
22/37
BAB III
METODELOGI
Dalam perencanaan blade kincir angin menggunakan persamaan Drag Force. Blade
yang direncanakan sebanyak 4 buah blade,dan ukuran dari bladetersebut 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
ditransmisikan melalui puli dan sabuk ke generator.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
23/37
Beberapa elemen mesin yang digunakan dalam perencanaan kincir angin ini adalah
poros, roda gigi, bantalan.
a. PorosPoros 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 GigiRoda 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. BantalanBantalan yang direncanakan adalah bantalan gelinding karena bantalan ini
mempunyai keunggulan pada gesekannya yang sangat rendah. Jumlah bantalan yang
direncanakan adalah sebanyak 6 buah.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
24/37
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Kincir AnginDaya kincir dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
P = Fd.V
Dimana:
Fd = Cd(1/2..A.V2)
Diasumsikan:
V = Kecepatan angin (3,4 m/s)
= Massa jenis (1,2kg/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
4.2 Poros
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
25/37
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: fcdiambil 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 (B) = 48 kg/mm2. Maka faktor keamanan bahan adalah:
Sf1= 6,0 ; untuk baja karbon S-C
Sf2= 2,0 : karena pengaruh kosentrasi tekanan kekerasan permukaan.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
26/37
Tegangan yang diizinkan (a), pada poros dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
Tagangan geser () 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 GigiRoda 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.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
27/37
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 (z 2 ) = 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 0'd
i
ad
1
2'01
i
aid
1
2'02
31
602'01
d
31
3602'02
d
30'01 d mm 90'
02 d mm
Diamater jarak bagi sebenarnya 0d 30205,1101 zmd mm
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
28/37
90605,1202 zmd mm
Diameter kepala k
d
mzdk 211 mzdk 222
5,12201 kd 5,12602 kd
331 kd mm 932 kd mm
Diameter kaki df mck 25.0
5,125.0 kc
375.0kc mm
kcmzdf 2211 kcmzdf 2222
375,025,12601 df 375,025,12602 df
25,861df mm 25,862 df mm
Tinggi pada roda gigi H Tinggi Gigi pada roda gigi H
375,3375.05,122 kcmH mm
Tinggi kepala 1kh mxhk 11 1
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
29/37
Dimana :
[ ]
Maka:
5,14,011 kh
1,21 kh mm
Tinggi kaki roda gigi kf cmxh 11 1
375,05,14,011 fh
= 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 = 100x60
n.d 201
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
30/37
n =01
60000V
d
=30
3,460000
n = 2165 rpm
Faktor koreksi terhadap kecepatan (fv)Kecepatan yang direncanakan adalah 3,4 m/s, maka faktor koreksi terhadap
kecepatan dapat dihitung.
Vfv
3
3
4,333
fv
468,0fv kg
Gaya tangensial roda gigi
V
PFt
102
= kg3,3753,4
0,01125102
Bahan roda gigiDalam perencanaan ini diambil bahan untuk semua roda gigi yaitu : S35C dengan
kekuatan tarik ( B = 52 Kg/mm 2 ) (Lampiran A Tabel 4).
H B = 149207
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
31/37
2 = 23 kg/mm2
Beban lentur yang diizinkan bF' 1'bF = 2. m. Y1 . fv
= 468,032,05,123
= 5,16 kg
Fb2 = 2. m. Y2 fv
= 468,0421,05,123
=6,79 kg
Lebar roda gigi (b)b = 5,16
= 5,16
= 9 mm
tebal gigi (h)h = mm2,35
2
.1,5
2
.m
jarak bagi lingkar 1t
1t =
1
01
Z
.d
2
02
2
.
Z
dt
= mm4,2820
303,14
=
60
9014,3 = 6,28 mm
jarak sumbu poros (a)
a = 2
dd0201
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
32/37
=2
9030 = 60 mm
Pemeriksaan keamanan6
1,5
9
m
b
3,39
30
b
d
Dari hasil yang diperoleh dapat diketahui aman atau tidak dengan persyaratan
dibawah ini :
6,0m
b
5,1b
d
Maka:
6,06
5,13,3
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 gigi (H) = 3,75 mm
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
33/37
- 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
vn
2014,3
600004,3
n
4.4 BantalanBantalan yang direncanakan dalam perencanaan ini adalah bantalan gelinding.
Untuk menghitung gaya tangensial yang terjadi, dapat dihitung dengan persaamaanberikut:
Dimana :
T = Momen puntir poros (20,23 kg.mm)
d = Diameter poros (20 mm)
Gaya radial (Fr) yang terjaditgFF tr
Dimana sudut tekan kerja yang direncanakan 18oantara cincin bola maka,
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
34/37
kgtgFr 65,018023,2
Beban ekuivalen dinamis (Pr)arr FYFVXP
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:
065,0156,0 rP
= 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.
Pemakaian direncanakan 20.000 jam.
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
35/37
( )
Kapasitas nominal dinamis spesifik, ( C )2,0
4,3364,0
n
hr
f
fPC
= 6,18 kg
4.5 Sabuk Dan PuliParameter yang akan dihitung untuk sabuk dan puli antara lain:
Momen rencana (T)Momen rencana pada poros puli dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
n
PdT 51074.9
Dimana:
Pd= 1,256 W
n = 3248 rpm
Sehingga:
3248
256,11074.9 5T
kWT 64,376
Diameter poros puli (ds)Untuk besar diameter poros pada puli dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
berikut :
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
36/37
3/1
1.5
TCbKtd
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
64,3762.15.14
1.5
sd
mmds 52,9
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= 145 + (1.5 5.5)
-
8/13/2019 Perencanaan Roda Gigi Pada Sistem Konversi Energi Angin Skala Rumah Tangga
37/37
dk= 153.25 mm
Kecepatan Sabuk (v)
1000.60
..1min
ndv
Maka :
)/(6,241000.60
3248.145.14,3
sm
v
Untuk konstruksi yang baik dan aman maka, kecepatan sabuk harus lebih kecil dari 30
m/s. Sehingga perencanaan ini dianggap baik