4.4 Analisa Poros Turbin
Poros pada dasarnya bekerja pada putaran yang tinggi dan berlangsug secara kontiniu, dengan demikian porositas akan sangat berpengaruh terhadap
performance dari mesin dalam mentransmisikan daya dan putaran. Poros pada dasarnya ditentukan sesuai dengan kondisi kerja pada keadaan tertentu, bekerjanya
poros yang akan digunakan maka aka nada situasai kritis dimana pada kondisi kerja poros, poros berputar pada putaran penuh, atau pada kondisi maksimum atau kondisi
puncak.
Gambar 4.10 Porositas Dengan sistem 2 penumpu
4.4.1 Macam-Macam Poros
Poros berperan meneruskan daya bersama-sama dengan putaran. Umumnya poros meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi dan rantai dengan,
dengan demikian poros menerima beban puntir dan lentur. Putaran poros biasa ditumpu oleh satu atau lebih bantalan untuk meredam gesekan yang ditimbulkan. Ada
beberapa jenis poros, diantaranya yaitu :
Universitas Sumatera utara
1. Poros Transmisi
Poros transmisi mendapat beban puntir murni atau beban puntir dan lentur. Poros transmisi berfungsi untuk meneruskan daya dari
salah satu elemen ke elemen yang lain melalui kopling. 2.
Spindel Spindel merupakan poros transmisi yang relatif pendek, seperti
poros utama pada mesin perkakas dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah
deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. 3.
Poros Gandar Poros gandar dipasang pada roda-roda kereta api barang, sehingga
tidak mendapat beban puntir, terkadang poros gandar juga tidak boleh berputar. Gandar hanya mendapat beban lentur, kecuali jika
digerakkan oleh penggerak mula yang memungkinkan mengalami beban puntir.
4.4.2 Hal-Hal Penting Dalam Perencanaan Poros
Dalam merencanakan suatu sistem porositas yang baik agar terhindar dari tegangan geser yang berlebih yang dapat mengakibatkan terjadinya getaran yang
tinggi akibat dari tingginya nilai tegangan geser sehingga mendekati nilai tegangan geser ijin dari bahan yang dipakai.
Universitas Sumatera utara
1. Kekuatan Poros
Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir dan lentur atau gabungan antara puntir dan lentur seperti yang terjadi biasa pada poros transmisi.
Juga pada poros yang mengalami beban tarik dan tekan pada saat bekerja untuk putaran puncak, Kelelahan, tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila
diameter poros diperkecil atau bertangga atau bila poros mempunyai pasak
2. Kekakuan Poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntiranya terlalu besar akan mengakibatkan ketidak telitian
atau getaran dan suara, karena itu disamping kekuatan poros maka kekakuan merupakan bagian paling penting untuk menentukan untuk menghindari terjadinya
getaran ataupun kebisingan atau noise.
3. Putaran Kritis
Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang tinggi. Putaran ini disebut dengan putaran kritis,
hal ini dapat terjadi pada turbin. Bila kecepatan putar suatu mesin dinaikan, maka
pada harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini dinamakan putaran kritis. Hal semacam ini dapat terjadi pada turbin, motor torak,
motor listrik yang dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya.jika memungkinkan, maka poros harus direncanakan sedemikian rupa,
sehingga kerjanya menjadi lebih rendah daripada putaran kritisnya.
Universitas Sumatera utara
4. Korosi
Penggunaan poros propeler pada pompa harus memilih bahan-bahan yang tahan korosi termasuk plastik, karena akan terjadi kontak langsung dengan
fluida yang bersifat korosif. Hal tersebut juga berlaku untuk poros-poros yang terancam kavitasi dan poros pada mesin-mesin yang berhenti lama. Usaha
perlindungan dari korosi dapat pula dilakukan akan tetapi sampai batas-batas tertentu saja.
5. Bahan Poros
Poros pada mesin umumnya terbuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis. Meskipun demikian, bahan tersebut kelurusannya agak kurang
tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya jika diberi alur pasak, karena ada tegangan sisa dalam terasnya. Akan tetapi,
penarikan dingin juga dapat membuat permukaannya menjadi keras dan kekuatannya bertambah besar.
Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan
terhadap keausan. Beberapa bahan yang dimaksud di antaranya adalah baja khrom, nikel, baja khrom nikel molibdem, dan lain-lain. Sekalipun demikian, pemakaian baja
paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasanya hanya untuk putaran tinggi dan beban berat saja. Hal ini perlu dipertimbangkan dalam penggunaan baja karbon yang
diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan.
Universitas Sumatera utara
4.5 Rumus Perhitungan Poros
Perencanaan poros harus menggunakan perhitungan sesuai dengan yang telah ditetapkan. Perhitungan tersebut antara lain mengenai; daya rencana,
tegangan geser, dan tegangan geser maksimum. Berikut ini adalah perhitungan dalam perencanaan poros Sularso, 2004.
1. Daya rencana :
P fc
P
d
. =
Dengan :
d
P
= Daya rencana HP
fc
= Faktor koreksi
P
= Daya nominal output dari motor penggerak HP
T = 9,74.10
5
1
n Pd
Dengan : T = Momen puntir N.mm n
1
= putaran motor penggerak rpm 2.
Tegangan Geser :
2
1
S f S f
B a
+ =
σ τ
Maka diameter poros untuk beban puntir dan lentur :
d
3 1
2 2
. .
1 ,
5
+
≥ T
K t
M k
a
m s
τ
Universitas Sumatera utara
Dengan : d
s
= Diameter poros mm a
τ
= Tegangan geser kgmm
3
k
m
= Faktor korelasi k
t
= Faktor koreksi 3.
Tegangan Geser Maksimum :
2 3
max
. .
1 ,
5 T
K M
k d
t m
s
+ =
τ Dimana :
Ʈ max
= tegangan geser maksimun d
s
= diameter poros k
m
= factor korelasi M = momen
K
t
= factor koreksi T = Torsi
Universitas Sumatera utara
Tabel 4.10 Baja Paduan Untuk Bahan Porositas Standar Poros
Simbol Kekuatan Tarik kgmm
2
Baja khrom nikel JIS G 4102
SNC 2 SNC 3
SNC 21 SNC 22
85 95
80 100
Baja khrom nikel molibden
JIS G 4103 SNCM 1
SNCM 2 SNCM 7
SNCM 8 SNCM 22
SNCM 23 SNCM 2
85 95
100 105
90 100
120 Baja khrom
JIS G 4104 SCr 3
SCr 4 SCr 5
SCr 21 SCr 22
90 95
100 80
85
Universitas Sumatera utara
Baja Khrom Molibden JIS G 4105
SCM 2 SCm 3
SCM 4 SCM 5
SCM 21 SCm 22
SCM 23 85
95 100
105 85
95 100
Sumber ; Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, by Ir.Sularso, MSME
Pada table diatas terdapat nilai nilai dari kekuatan tarik dari material yang digunakan untuk poros pada kondisi tertentu yaitu pada material dimana dapat
ditentukan nilai putaran maksimum sehingga dengan demikian diameter minimum untuk putaran tersebut pada material tertentu dapat ditentukan, dengan demikian
untuk hal yang berlainan pada putaran kritis dapat ditentukan nilai getaran yang terjadi dan kebisinganya, secara garis besar analisa yang dilakukan ini meliputi
perhitungan nilai. Pada analisa ini dilakukan perhitungan nilai tegangan geser pada
putaran puncak yang akan disesuaikan dengan batas nilai tegangan geser ijin dari bahan tersebut. Untuk melakukan analisa maka akan beperlukan nilai dari factor
koreksi yang akan digunakan pada sistem porositas.
Universitas Sumatera utara
Table 4.11 Faktor Koreksi Porositas Daya Yang Ditransmisikan
Fc Faktor Koreksi Daya Rata Rata
Daya Maksimum Daya Normal
1,2-2,0 0,8-1,2
1,0-1,5 Sumber ; Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, by
Ir.Sularso, MSME Dengan demikian akan diperoleh nilai dari tegangan geser maksimum
untuk variasi nilai daya yang digunakan dalam perhitungan nilai getaran dalam menganalisa terhadap titik dimana nilai tersebut kritis dalam hubunganya terhadap
geratan yang dapat dilihat pada nilai yang mendekati dengan nilai getaran ijin bahan untuk bahan yang digunakan.
4.6 Data-Data Poros Turbin
Gambar 4.11 Turbin Uap Reaksi
Universitas Sumatera utara
Tabel 4.12 Data Poros Turbin
Diameter 280 mm
Panjang 3700 mm
Putaran 3000 rpm
Daya 53800 kW
Material Baja khrom nikel molibdden
105 kgmm
2
Pada langkah pengerjaan analisa ini dilakukan dengan menghitung nilai torsi atau momen puntiran pada kondisi puncak atau maksimum, Kemudian
melakukan perhitungan terhadap nilai tegangan geser dari nilai diameter pada poros, selanjutnya menghitung tegangan geser ijin dari nilai tegangan tarik bahan yang
digunakan, dan menghitung perbandingan terhadap hasil tegangan atas putaran kritis dan batas ijin yang digunakan pada material poros.
1. Menentukan momen torsi
2. Menentukan factor koreksi dan keamanan
3. Menghitung nilai tegangan geser
4. Membandingkan tegangan geser yang terjadi dengan tegangan
geser ijin dari bahan. Dengan demikian maka akan diperoleh hasil yang dapat dijadikan sebagai acuan
bahwa akan terjadi getaran yang tinggi pada saat kondisi putaran puncak atau pada saat putaran maksimum yang akan berakibat terjadinya geseran yang membahayakan
bagi porositas dan kinerjanya.
Universitas Sumatera utara
4.6.1 Torsi
Suatu batang dijepit dengan kuat pada salah satu ujungnya dan ujung yang lainnya diputar dengan suatu torsi momen puntir, twisting moment T = Fd
yang bekerja pada bidang tegak lurus sumbu batang seperti terlihat pada Gb. 4-12. Batang tersebut dikatakan dalam kondisi torsi. T adalah torsi Nm, F adalah gaya N
dan d adalah diameter lengan putar m. Alternatif lain untuk menyatakan adanya torsi adalah dengan dua tanda vektor dengan arah sejajar sumbu batang.
Gambar 4.12 Momen Torsi
4.6.2 Momen Kutub Inersia
Untuk suatu batang bulat berlobang pipa dengan diameter luar D
o
dan diameter dalam D
i
, momen kutub inersia polar moment of inertia penampang melintang luasnya, biasanya dinotasikan dengan J, diberikan dengan:
32
4 4
i o
D D
J −
=
π
Momen kutub inersia untuk batang bulat tanpa lubang batang pejal dapat diperoleh dengan memberi nilai D
i
= 0. Kuantitas dari J merupakan sifat matematis dari geometri penampang melintang yang muncul dalam kajian tegangan
pada batang atau poros bulat yang dikenai torsi.
d
T F
F
Universitas Sumatera utara
4.6.3 Torsi Tegangan Geser
Kategori