Analisis Perancangan Kincir Air 30 CM [PDF]

Citation preview

ANALISIS PERANCANGAN KINCIR AIR Oleh: SUPARMAN Data acuan awal desain PLTMHT: 1 Spesifikasi GMP - Daya (P) : 500 W 12 V - Tegangan (V) : - Putaran (n) : 600 Rpm - Torsi start gmp (Ts) : 0.42 Nm - Poros kincir : 2.5 Cm - Berat : 6.1 Kg Ditanya: Carilah Torsi maksimum generator? Jawab: T=



P . 60 2πn



Torsi maksimum gmp 2



(Sularso, 1983) :



7.962 Nm



Hasil perhitungan



Spesifikasi kincir air Diameter (D) Jari jari (r) Lebar sudu (h) Panjang sudu (b) Kecepatan aliran air dalam simulasi Kecepatan aliran air ujicoba ril Kecepatan rata-rata aliran air Kincir yang direnc mengunakan Model sudu yang direnc Kedalaman kincir yang tercelup air



: 0.4 m : 0.2 m : 0.15 m : 0.3 m : 0.75 1.25 1.75 2.25 2.75 3.25 : 0.75 1.25 1.75 2.25 2.75 3.25 : 1.92 m/s Tabel Hasil Pengukuran : 8 dan 12 sudu : Sudu lengkung ¼ lingkaran pipa 30 cm : 15 20 cm



Ditanya: Luas bidang (A)= b x h



:



0.045 m



m/s m/s



2



Debit air yang masuk kedalam bidang (Q = V.A) 3 Debit air rata-rata (Qr) : 0.09 m /s Masa air yang mengalir (m = ρ . Q) - Masa air rata-rata (mrata-rata)



:



89.73 kg/s



Gaya tangensial kincir air (F = m . V) - Frata-rata = mrata-rata x Vrata-rata)



:



172.3 N



Torsi kincir air (T = F x r) - T=Fxr



:



34.46 N



Kecepatan keliling kincir air (U = 0.5 Vrata-rata . Cos α) - U = 0.5 x Vrata-rata x Cos α



:



0.679 rad



Kecepatan putaran kincir dihitung dari rasio sistem transmisi yang direncanakan Putaran kincir air low speed : 5 12 Rpm (Fritz Dietzel, 1995) Sistem transmisi Increaser gear - rasio : : 1 60 yang direncanakan Rasio perbandingan gear - Putaran kincir air Nout



: :



GR 1 10



= Rpm



Nin Nout



(Sularso, 1983)



ω



Kecepatan sudut kincir (



𝜔=



2 𝜋 𝑁𝑜𝑢𝑡 ) 60



- Kecepatan sudut kincir (𝜔)



: 1.047



rad/s



Daya kincir yang ditrasnmisikan ke poros (Pk = T . 𝜔) - Pk = T . 𝜔



: 36.06



W



Tabel daya yang ditransmisikan (sularso, 1983) fc



Daya yang harus ditransmisikan Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal



1.2 0.8 1



2 1.2 1.5



0.7



Kw



Daya yang direncanakan (Pd = fc x P) - Pd = fc x P



:



Setelah daya yang direncanakan diketahui maka torsi poros yang direncanakan dapat dihitung sebagai berikut Torsi poros sering juga disebut dengan momen puntir poros -



𝑇 = 9.74 𝑥 105 𝑥



𝑃𝑑 𝑛



:



1136 kg.mm



Spesifikasi bahan poros Bahan poros dipilih dari batang baja karbon difinis dingin (S45C-D) standart jepang (JIS) yang pada dasarnya sering dipakai untuk poros, bahan tersebut memiliki spesifikasi: Kekuatan tarik (σb) : 81.0 Kg/mm2 6.0 Faktor keamanan (Sf1) : Faktor pengalih alir pasak (Sf2) : 1.40 Tegangan geser ijin Maka tegangan geser yang diijinkan yaitu:



τa =



σb Sf1 xSf2



: 9.643 Kg.mm2



Diameter poros Diameter poros kincir dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:



5.1 𝑑𝑠 = 𝑥 𝐾𝑡 𝑥 𝐶𝑏 𝑥 𝑇 𝜏𝑎



1 3



:



435.72



mm



Dimana: : Kt = (konstanta beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan) 1.5 : Cb = (konstanta pemakaian beban lentur) 1.45 Diameter dari hasil perhitungan merupakan diameter minimum yang diijinkan Tegangan geser koreksi Setelah diperoleh diameter poros yang direncanakan, maka perlu dikoreksi tegangan geser pada poros, apakah tegangan geser yang terjadi tidak melebihi tegangan ijin (sekitar 30%). Besarnya tegangan geser yang terjadi dapat dihitung sbb:



τA =



5.1 x T 𝑑𝑠 3



:



0.00007006 Kg/mm2



Syarat aman untuk kekuatan poros adalah



τa ≥ τA



→



9.643 Kg.mm2 ≥ 0.000007006 kg /m2 Dari hasil perhitungan tegangan ijin lebih besar dari tegangan geser yang direncanakan Maka kekuatan poros dianggap aman Rekapitulasi hasil perhitungan Daya (P) Tegangan (V) Putaran (n) Torsi start gmp (Ts) Poros kincir Torsi maksimum gmp



500 12 600 0.42 2.5 7.962



W V Rpm Nm Cm Nm



Spesifikasi kincir air Diameter (D) Jari jari (r) Lebar sudu (h) Panjang sudu (b) Luas bidang (A)= b x h Debit air rata-rata (Qr) Masa air yang mengalir (m = ρ . Q) Gaya tangensial kincir air (F = m . V) Torsi kincir air (T = F x r) Kecepatan keliling kincir air (U = 0.5 Vrata-rata . Cos α) Putaran kincir air Nout Kecepatan sudut kincir (𝜔) Daya kincir yang ditrasnmisikan ke poros (Pk = T . 𝜔) Daya yang direncanakan (Pd = fc x P) Torsi poros sering juga disebut dengan momen puntir poros Tegangan geser ijin Tegangan geser koreksi



0.4 m 0.2 m 0.15 m 0.3 m 0.045 m2 0.09 m3/s 89.73 kg/s 172.3 N 34.46 N 4 x torsi gmp 0.679 m/s 10 Rpm 1.047 rad/s 36.06 W 0.7 Kw 1136 kg.mm 9.643 Kg.mm2 0.00007006 Kg/mm2



Efisiensi gearbok spur gear dalam menstransmisikan torsi maupun daya 98%