Laporan Governor Faisal

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN

GOVERNOR

Oleh:

NAMA NIM KELOMPOK

: MUHAMMAD FAIZAL S. : 1007135523 : 15

LABORATORIUM KONSTRUKSI DAN PERANCANGAN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU OKTOBER,2013

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan atas kehadirat ALLAH SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan praktikum ’’ Governor” ini tepat pada waktunya. Shalawat beriring salam kita hadiahkan kepada junjungan nabi besar Muhammad SAW, karena beliaulah yang membawa kita dari alam kebodohan ke alam yang penuh dengan ilmu pengetahuan seperti yang kita rasakan saat ini. Penulis

mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah

membantu penulis dalam menyelesaikan laporan ini tepat pada waktunya. Penulis menyadari masih banyaknya kekurangan dalam laporan ini. Untuk itu, penulis

mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat

membangun demi kesempurnaan laporan ini untuk masa yang akan datang.

Pekanbaru, 03 Oktober 2013

Penulis

i

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................. i DAFTAR ISI ........................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. iv DAFTAR TABEL ................................................................................................... v BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 1.1

Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2

Tujuan ....................................................................................................... 1

1.3

Manfaat ..................................................................................................... 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 2 2.1

Teori Dasar ............................................................................................... 2

2.1.1

Sejarah Governor .............................................................................. 2

2.1.2

Definisi Governor.............................................................................. 3

2.1.3

Jenis-Jenis Governor ......................................................................... 6

2.1.4

Prinsip Kerja Governor Sentrifugal .................................................. 8

2.2

Aplikasi .................................................................................................... 9

BAB III METODOLOGI ...................................................................................... 10 3.1

Peralatan ................................................................................................. 10

3.2

Prosedur Praktikum ................................................................................ 13

3.3

Asumsi-Asumsi ...................................................................................... 15

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN ............................................................... 16 4.1

Data ........................................................................................................ 16

4.2

Perhitungan ............................................................................................. 16

4.2.1

Nilai kekakuan pegas (k) ................................................................. 16

4.2.2

Kecepatan Putar Poros Utama(rad/s) .............................................. 17

4.2.3

Rata- rata pemendekan pegas(Xpemen) ............................................. 18

4.2.4

Jarak flyball ke sumbu poros utama(r) ............................................ 19

4.2.5

Gaya sentrifugal secara teoritis ....................................................... 20

4.2.6

Gaya sentrifugal secara percobaan .................................................. 21

4.3

Pembahasan ............................................................................................ 22

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 23 5.1

Kesimpulan ............................................................................................. 23

ii

5.2

Saran ....................................................................................................... 23

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 24

iii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Governor............................................................................................. 3 Gambar 2. 2 Gaya sentrifugal ................................................................................. 5 Gambar 2. 3 Gaya sentripental ................................................................................ 5 Gambar 2. 4 Gaya Tangensial ................................................................................. 6 Gambar 2. 5 Porter Governor .................................................................................. 6 Gambar 2. 6 Porter Governor .................................................................................. 7 Gambar 2. 7 Proel Governor ................................................................................... 7 Gambar 2. 8 Proel Governor ................................................................................... 8 Gambar 2. 9 Hartnell governor ............................................................................... 8 Gambar 3. 1 Governor........................................................................................... 10 Gambar 3. 2 Massa 0,976 kg................................................................................. 10 Gambar 3. 3 Massa 0,271 kg................................................................................. 11 Gambar 3. 4 Massa 0,089 kg................................................................................. 11 Gambar 3. 5 Tachometer ....................................................................................... 12 Gambar 3. 6 Mistar ............................................................................................... 12 Gambar 3. 7 Penjepit ............................................................................................. 13 Gambar 3. 8 Kunci 17 .......................................................................................... 13 Gambar 3. 9 Alat uji governor .............................................................................. 14

iv

DAFTAR TABEL Tabel 4. 1 Hasil Perhitungan Governor ................................................................ 16

v

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Zaman dahulu governor sudah digunakan untuk mengatur jarak dan tekanan antara gerinda di kincir sejak 1700-an. Tetapi mesin uap berkembang dengan sangat pesat yang digunakan untuk memompa air. Kemudian James Watt memperkenalkan mesin uap rotative yang membutuhkan pengoperasian kecepatan menjadi penting dan Watt membuat mesin uap yang didalamnya terdapat governor yang berbentuk kerucut yang terdiri dari bola yang dapat berputar yang tersambung dengan tiang lurus, dimana gaya yang dikontrol berdasarkan massa bandul. Pada dasarnya, pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik dari pengatur, dengan membuat grafik yang menyatakan hubungan antara kecepatan poros, dengan posisi sleeve dapat diperoleh hubungan gaya sentrifugal dengan jarak radial bola ke poros. Dari sini dapat disimpulkan apakah governor dalam keadaan stabil atau tidak.

1.2

Tujuan Adapun tujuan dari praktikum ini adalah: 1. Praktikan mampu mengetahui karakteristik pengatur kecepatan dengan membuat grafik yang menyatakan hubungan antara kecepatan poros dengan posisi sleeve untuk berbagai berat flyball. 2. Praktikan dapat menentukan gaya sentrifugal yang ditimbulkan dengan gaya tekan pegas pada flyball. 3. Praktikan dapat menerapkan konsep penguraian gaya truss dan frame pada konstruksi governor.

1.3

Manfaat Adapun manfaat yang diperoleh dari praktikum Governor kali ini yaitu: Mahasiswa dapat mengetahui skema alat,sistem kerja dari suatu governor pada suatu mekanisme komponen mesin serta menganalisa serta mengetahui hubungan tiap-tiap parameter pada percobaan governor

1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Dasar 2.1.1

Sejarah Governor Pertama sekali, governor sentrifugal diregulasikan pada jarak dan tekanan antara millstones pada kincir angin pada abad ke-17. Pada mulanya mesin uap sangat murni bergerak bolak-balik dan telah digunakan untuk memompa air. Variasi pengaplisiannya di toleransi pada kecepatan kerja. Sampai

seorang

engineer

dari

Skotlandia,James

Watt

memperkenalkan mesin uap berotasi untuk menggerakkan mesin di pabrik, dan pengoperasiannya konstan dengan menggunakan pendulum yang akhirnya disebut governor. Dimana, governor di buat dari bola baja yang menyentuh lengan penghubung vertikal. Governor mengontrol gaya dengan adanya berat dari bola baja. Governor sentrifugal di gunakan untuk mengatur jarak dan tekanan antara millstones

dalam

windmills. Dahulu steam

menggunakan gerak reciprocating murni untuk mana

aplikasi

ini

kecepatan.Engineerskotlandia

dapat James

engines

pompa air di

mentoleransi Watt

variasi

memperkenalkan

mesin uap rotative untuk factor kemudi mesin, sehingga kecepatan operasi yang dibutuhkan menjadi konstan. Antara tahun 1775 dan 1800, Matthew Boulton memproduksi 500 rotative beam engines. Pada inti mesin ini watt sendiri yang merancang “conical pendulum” governor. Seperangkat bola baja yang berputar

berdempet

pada

spindle

vertical

dengan

siku

penghubung, yang mana pengontrolan gaya di lakukan oleh berat dari bola.

2

2.1.2

Definisi Governor Governor merupakan suatu alat pengatur kecepatan putaran pada mesin penggerak mula. Fungsi dari governor adalah mengatur kecepatan putaran poros keluaran pada penggerak mula yang dipasang alat pengatur ini. Sehingga dapat diperoleh kecepatan putaran poros keluaran yang stabil, meskipun beban yang ditanggung oleh mesin tersebut bervariasi dan berubah-ubah. Governor bekerja berdasarkan perubahan besarnya gaya sentrifugal yang terjadi karena adanya perubahan perubahan kecepatan putaran poros. Tanggapan dari governor ini diteruskan ke suatu sistem lain yang mempengaruhi besarnya kecepatan putaran dari mesin-mesin penggerak mula.

Gambar 2. 1 Governor Governor bekerja dengan memanfaatkan gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh putaran flyball. Putaran flyball sebanding dengan putaran poros utama yang memiliki putaran sudut (ω). Kecepatan sudut akan bervarisai menurut putaran poros (n). Besarnya gaya sentrifugal yang ditimbulkan oleh flyball adalah

Dimana, ( ) (

) ( ) 3

(

Putaran

)

yang dihasilkan governor dengan memakai motor

penggerak yang mana kecepatan putar poros dapat diatur dengan menggunakan slide regulator. Setelah putaran yang diberikan sesuai dengan yang diharapkan, lengan-lengan governor akan mengangkat posisi sleeve dari posisi awal sampai maksimum. Jadi output yang diharapkan dari sistem kerja governor ini adalah berapa ketinggian sleeve (h) agar posisi mencapai kondisi stabil. Ada dua mode operasi governor, yaitu droop dan isochronous. Pada mode droop, governor sudah memiliki setting point Pmech (daya mekanik) yang besarnya sesuai dengan rating generator atau menurut kebutuhan. Dengan adanya fixed setting ini, output daya listrik generator nilainya tetap dan adanya perubahan beban tidak akan mengakibatkan perubahan putaran turbin (daya berbanding lurus dengan putaran). Lain halnya dengan mode isochronous, set point putaran governor ditentukan berdasarkan kebutuhan daya listrik sistem pada saat itu (real time). Kemudian melalui internal proses di dalam governor (sesuai dengan kontrol logic dari manufaktur), governor akan menyesuaikan nilai output daya mekanik turbin supaya sesuai dengan daya listrik yang dibutuhkan sistem. Pada saat terjadi perubahan beban, governor akan menentukan setting point yang baru sesuai dengan aktual beban sehingga dengan pengaturan putaran ini diharapkan frekuensi listrik generator tetap berada di dalam acceptable range dan generator tidak mengalami out of synchronization. Seperti halnya peralatan listrik yang lain, governor juga memiliki keterbatasan kemampuan. Parameter- parameter governor, seperti daya mekanik, gas producer, speed droop, umumnya memiliki nilai batas atas dan batas bawah sesuai spesifikasi dari pabrik. Adapun gaya-gaya yang bekerja pada governor, yaitu :

4

1.

Gaya Setrifugal Merupakan sebuah gaya yang ditimbulkan akibat adanya gerakan suatu benda atau partikel sebuah lintasan lengkung sehingga gaya yang ditimbulkan keluar lingkaran. F = m. v²/R

Gambar 2. 2 Gaya sentrifugal 2.

Gaya Sentripetal Yaitu gaya yang diperlukan agar benda dapat tetap bias bergerak melingkar. Jika arah gaya sentrifugal mengarah keluar maka arah gaya sentripental mengarah ke dalan lingkaran. F=m. w2.R

Gambar 2. 3 Gaya sentripental 3.

Gaya Tangensial Yaitu gaya dalam yang bekerja sejajar dengan bidang penampang potong atau tegak lurus terhadap sumbu batang. Ft = T/ dp/2 (Kg)

5

Gambar 2. 4 Gaya Tangensial 2.1.3

Jenis-Jenis Governor A) Porter governor

Gambar 2. 5 Porter Governor Pada governor jenis porter ini ketika poros berputar maka sleeve akan naik ke atas dan kedua beban akan meregang dengan dorongan dari sleeve yang dihubungkan melalui link seperti pada gambar 2.6.

6

Gambar 2. 6 Porter Governor B) Proel governor

Gambar 2. 7 Proel Governor Pada governor jenis proel ini ketika poros berputar maka sleeve akan naik ke atas dan kedua beban akan meregang menjadi tegak lurus terhadap link penghubung dengan dorongan dari sleeve yang dihubungkan melalui link seperti pada gambar 2.8.

7

Gambar 2. 8 Proel Governor C.

Hartnell governor

Gambar 2. 9 Hartnell governor Pada governor jenis Hartnell ini ketika poros berputar maka beban yang ditumpu oleh pegas akan turun ke bawah dan kedua beban di samping akan menyeimbangkan proses tersebut agar putaran yang terjadi tetap stabil.

2.1.4

Prinsip Kerja Governor Sentrifugal Prinsip kerja governor sentrifugal yaitu dengan memanfaatkan flyball sebagai pemberat.Governor sentrifugal atau mekanis menggunakan flyweight yang berputar sebagai alat standar operasinya, prinsip kerjanya serupa dengan sistem maju mekanis distributor, saat mesin dan pompa injeksi bahan bakar berputar, bekerja gaya sentrifugal pada flyweight yang berputar yang

8

mengontrol posisi batang berigi atau batang pengontrol bahan bakar pompa injeksi. 2.2 Aplikasi Governor digunakan sebagai pengatur kestabilan antara turbin penggerak dan generator.

9

BAB III METODOLOGI

3.1

Peralatan 1. Seperangkat alat governor

Gambar 3. 1 Governor 2. Beban (3 variasi massa) a. Massa 0,976 kg

Gambar 3. 2 Massa 0,976 kg

10

b. Massa 0,271 kg


c. Massa 0,089 kg


11

3. Tachometer Berfungsi untuk mengukur kecepatan poros.

Gambar 3. 5 Tachometer 4. Mistar Berfungsi untuk mengukur ketinggian sleeve yang bergerak keatas.

Gambar 3. 6 Mistar

12

5. Penjepit Berfungsi untuk mengukur ketinggian sleeve yang bergerak keatas.

Gambar 3. 7 Penjepit 6. Kunci 17 Berfungsi untuk membuka lengan governor.

Gambar 3. 8 Kunci 17

3.2

Prosedur Praktikum 1. Pasanglah alat seperti pada gambar dibawah

13

Gambar 3. 9 Alat uji governor 2. Pasang beban pemberat 3. Aturlah putaran motor dengan mengatur slide regulator. Untuk setiap massa yang tetap ambillah 3 buah data putaran yang berbeda. 4. Ukurlah berapa pegas terdefleksi atau berapa tinggi sleeve bergerak keatas. 5. Catatlah data pengujian pada tabel. Kekakua Dat

Massa

n

a

(kg)

Pegas (N/m)

Putaran

Pemanjanga

Pemendeka

poros

n pegas

n pegas

(rpm)

(mm)

(mm)

Gaya (N)

1. 2. 3.

6. Tentukanlah besar gaya-gaya setiap lengan governor sehingga diperoleh hubungan gaya secara teoritik dan praktek antara gaya sentrifugal yang ditimbulkan oleh putaran poros utama dengan gaya real pegas tertekan.

14

3.3

Asumsi-Asumsi A) Gaya yang bekerja bersifat steady. B) Batang berbentuk prismatik.

15

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data

Tabel 4. 1 Hasil Perhitungan Governor

4.2 Perhitungan 4.2.1 Nilai kekakuan pegas (k) Dapat dicari dengan rumus : F  kx k

F x

Dimana: F = Gaya pada batang (N) x = Perubahan panjang pegas(mm) k = Nilai kekakuan pegas (N/mm) 4.2.1.1 Massa 0,976 kg m  0,976kg

F  0,976kg 9,81m / s 2  9,575 N Panjang pegas awal = 174 mm Panjang pegas akhir = 170 mm x  (174  170)mm  4mm

k

9,575 N  2,394 N / mm 4mm

16

4.2.1.2 Massa 0,271 kg m  0, 271kg

F  0, 271kg 9,81m / s 2  2, 659 N Panjang pegas awal = 174 mm Panjang pegas akhir = 172 mm x  (174  172)mm  2mm

2, 659 N  1,329 N / mm 2mm

k

4.2.1.3 Massa 0,089 kg m  0, 089kg

F  0, 089kg 9,81m / s 2  0,873N Panjang pegas awal = 174 mm Panjang pegas akhir = 173 mm x  (174  173)mm  1mm

k

4.2.2

0, 089 N  0,873N / mm 1mm

Kecepatan Putar Poros Utama(rad/s) Dapat dicari dengan rumus



2 n 60

Dimana

:

 = Kecepatan putar poros utama(rad/s) n = Putaran Poros(rpm) 4.2.2.1

Massa 0,976 kg Untuk slide regulator 125 V



2  250,8  26, 26rad / s 60

Untuk slide regulator 150 V



2  359,1  37, 60rad / s 60

17

4.2.2.2




2  428,5  44,87rad / s 60


 4.2.2.3

2  362  37,91rad / s 60




2  249, 6  26,14rad / s 60


 4.2.3

2  362,8  37,99rad / s 60

Rata- rata pemendekan pegas(Xpemen) Dapat dihitung dengan rumus X pemen 

Sleeve125v  Sleeve150 v 2

Dimana

:

Xpemen

= Rata-rata pemendekan pegas(mm)

Sleeve125v

= Perubahan posisi pegas saat alat berputar untuk slide regulator 125v(mm)

Sleeve150v

= Perubahan posisi pegas saat alat berputar untuk slide regulator 150v(mm)

4.2.3.1

Massa 0,976 kg Untuk slide regulator 125 V Sleeve = 61 mm Untuk slide regulator 150 V Sleeve = 90 mm X pemen 

61  90  75,5mm 2

18

4.2.3.2

Massa 0,271 kg Untuk slide regulator 125 V Sleeve = 31 mm Untuk slide regulator 150 V Sleeve = 56 mm

X pemen 

4.2.3.3

31  56  43,5mm 2

Massa 0,089 kg Untuk slide regulator 125 V Sleeve = 24,5 mm Untuk slide regulator 150 V Sleeve = 50 mm

X pemen 

4.2.4

24,5  50  32, 25mm 2

Jarak flyball ke sumbu poros utama(r) Dapat dihitung dengan rumus : panjang poros dari sleeve ke puncak - sleeve Dimana: Panjang poros dari sleeve ke puncak = 0,203 m Sleeve (m) 4.2.4.1

Massa 0,976 kg Untuk slide regulator 125 V Sleeve = 61 mm = 0,061 m r  0, 203  0,061  0,14m

19

Untuk slide regulator 150 V Sleeve = 90 mm = 0,09 m r  0, 203  0,09  0,11m

4.2.4.2

Massa 0,271 kg Untuk slide regulator 125 V Sleeve = 31 mm = 0,031 m r  0, 203  0,031  0,17m


4.2.4.3

Massa 0,089 kg Untuk slide regulator 125 V Sleeve = 24,5 mm = 0,0245 m r  0, 203  0,0245  0,18m


4.2.5

Gaya sentrifugal secara teoritis Dapat dihitung dengan rumus : F  k X pemen

Dimana : k

= Kekakuan pegas (N/mm)

Xpemen

= Rata-rata pemendekan pegas(mm)

4.2.5.1

Massa 0,976 kg F  2,394 75,5  180,720 N

20

4.2.6

4.2.5.2

Massa 0,271 kg F  1,329 43,5  57,823N

4.2.5.3

Massa 0,089 kg F  0,873 32, 25  28,157 N

Gaya sentrifugal secara percobaan Dapat dihitung dengan rumus: Fs  mr 2

Dimana : Fs

= Gaya sentrifugal(N)

m

= Massa flyball (kg)

r

= Jarak flyball ke sumbu poros utama(m)



= Kecepatan putar poros utama(rad/s)

4.2.6.1

Massa 0,976 kg Untuk slide regulator 125 v Fs  0,976 0,14 26, 262  95,589 N

Untuk slide regulator 150 v Fs  0,976 0,11 37,602  155,961N

4.2.6.2

Massa 0,271 kg Untuk slide regulator 125 v Fs  0, 271 0,17 44,872  93,855N

Untuk slide regulator 150 v Fs  0, 271 0,17 37,912  57, 248N

4.2.6.3

Massa 0,089 kg Untuk slide regulator 125 v Fs  0,089 0,18 26,142  10,854 N

Untuk slide regulator 150 v Fs  0,089 0,16 37,992  20,940 N

21

4.3 Pembahasan  Semakin besar massa yang diberi maka tinggi sleeve akan semakin tinggi. 

Semakin besar massa yang diberi maka konstanta pegas akan semakin besar.



Semakin besar massa yang diberi maka gaya tekan pegas akan semakin besar.



Semakin besar massa yang diberi maka gaya sentrifugal akan semakin besar.



Semakin besar massa yang diberi maka rata-rata pemendekan pegas akan semakin besar.



Secara teoritis gaya sentrifugal yang diperoleh melalui perhitungan tidak jauh beda dengan hasil percobaan. Namun, untuk slide regulator 150 V perbandingan hasil yang diperoleh tidak sangat besar dibandingkan dengan 125 V.

22

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Dari data hasil pengujian, dapat disimpulkan bahwa semakin besar massa yang diberi maka tinggi sleeve, konstanta pegas,gaya tekan pegas, gaya sentrifugal dan rata-rata pemendekan pegas akan semakin besar.

5.2 Saran 

Lakukanlah percobaan dengan hati-hati. Terutama ketika mengukur tinggi sleeve.



Lakukan percobaan sesuai dengan arahan dari asisten.



Lakukan perhitungan data dengan cermat karena sedikit saja kesalahan dapat mempengaruhi nilai perhitungan yang lain.



Setelah selesai melaukan percobaan, segera kembalikan alat-alat yang telah dipinjam ketempat semula.

23

DAFTAR PUSTAKA http://yefrichan.wordpress.com/2011/02/14/pengertian-dan-kegunaan-governor/ Badri, Muftil.,Nazaruddin.2012.Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin.Pekanbaru. http://iwansugiyarto.blogspot.com/2011/11/universal-governor.html

24

Laporan Governor Faisal

Recommend Documents