BAB II. TEORI DASAR II

2.4 Teori Dasar Perhitungan Komponen-komponen Utama Pada Brake Dinamometer

Komponen-komponen utama pada brake dinamometer ini adalah komponen-komponen yang mempunyai peranan penting dalam perancangan, di antaranya poros brake dinamometer, poros penghubung brake dinamometer dengan mesin uji, bantalan dan cakram.

Dalam sub bab ini hanya akan dibahas teori dasar mengenai komponen-komponen utama di atas. Teori dasar ini untuk pemilihan komponen yang sesuai dengan keperluan dalam perancangan dan pembuatan brake dinamometer yang dilihat dari segi mekanika teknik

2.4.1 Poros Brake Dinamometer

Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Fungsi poros pada brake dinamometer ini adalah untuk meneruskan daya bersama-sama dengan putaran ke cakram.

Dalam perancangan poros brake dinamometer ini direncanakan poros akan menerima beban gabungan, yaitu beban puntir dan beban lentur akibat berat poros dan cakram. Hal penting yang perlu diperhatikan dalam pemilihan poros brake dinamometer ini adalah sebagai berikut :

1. Kekuatan Poros
   

   Kekuatan poros adalah kemampuan poros tersebut dalam menerima beban gabungan yaitu beban lentur dan puntir.
   

2. Kekakuan poros
   

   Suatu poros akan kaku apabila poros tersebut mempunyai defleksi yang relatif kecil.
   

3. Putaran kritis
   

   Poros brake dinamometer akan baik bila harga putaran kritis yang dimiliki poros tersebut berada di atas putaran kerja maksimumnya.
   

1. Korosi
   

   Adalah ketahan poros terhadap proses kimiawi yang disebabkan oleh lingkungan.
   

2. Bahan poros
   

   Bahan poros brake dinamometer harus benar-benar diperhatikan dengan melihat kendala-kendala yang akan diterima poros tersebut seperti point-point yang telah dijelaskan diatas.
   

   Jika P adalah daya nominal poros out-put dari suatu mesin uji, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya diambil dalam suatu perencanaan untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan selama pemakaian. Jika faktor koreksi adalah fc maka daya rencana Pd (kW) sebagai patokan adalah :
   

   

   Besarnya faktor koreksi fc ditunjukan pada tabel 2.1.
   

   Tabel 2.1 Faktor Koreksi Daya
   

   Daya yang akan ditransmisikan	fc
   Daya rata-rata yang diperlukan	1,2 -2,0
   Daya maksimum yang diperlukan	0.8 - 1,2
   Daya normal	1,0 - 1,5

   Jika momen puntir (disebut juga momen rencana) adalah T (kg.mm) maka:
   

   

   Tegangan geser  (kg/mm2) yang terjadi pada poros adalah :
   

   

   dimana ds (mm) diameter poros.
   

   Poros brake dinamometer akan mendapat beban gabungan, yaitu puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros akan terjadi tegangan geser sebesar 
   akibat momen puntir T dan tegangan lentur sebesar 
   karena momen lentur.
   

   Untuk poros pejal berpenampang bulat,
   

   

   sehingga tegangan geser maksimum pada poros :

1. Dimana secara umum untuk Km dan Kt :

   Km = Faktor koreksi untuk momen lentur yang dihitung, besarnya :
   

   Pembebanan tetap = 1.5
   

   Tumbukan ringan = 1.5 dan 2.0
   

   Tumbukan berat = 2 dan 3
   

   Kt = Faktor koreksi puntiran yang besarnya menurut ASME :
   

   Beban dikenakan secara halus = 1.0
   

   Beban dikenakan dengan tumbukan ringan = 1.0-1.5
   

   Beban dikenakan dengan tumbukan besar = 1.5-3.0.
   

   M = Momen lentur poros (kg m)
   

   
   

   Karena maxharus lebih besar dari(a), maka diameter poros minimum yang diijinkan :
   

   

   Besarnya deformasi yang disebabkan oleh momen puntir harus dibatasi juga. Karena poros brake dinamometer akan meneruskan daya dan putaran dalam kondisi kerja normal, besarnya defleksi puntiran dibatasi antara 0.25-0.3 derajat. Defleksi puntiran pada poros :
   

   

   Dimana :
   

   G = 8.3X103 (kg/mm2).
   

    = Defleksi putiran ).
   

   l = Panjang poros (mm).
   

   
   

   Kekakuan poros brake dinamometer terhadap lenturan perlu diperiksa pula. Poros ditumpu oleh bantalan yang mapan sendiri, maka lenturan poros y (mm) dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
   

   

   dimana :
   

   F : Resultan beban, termasuk berat poros [kg]
   

   l1 dan l2 : Jarak dari bantalan yang bersangkutan ke titik pembebanan [mm]
   

   Lenturan yang terjadi dibatasi sampai 0.3-0.35 mm atau kurang untuk setiap 1 [m] jarak bantalan.
   

   Pengujian brake dinamometer terkadang akan beroperasi pada putaran tinggi, putaran yang tinggi ini mesin uji akan bergerak sejajar sumbu poros. Untuk mengatasi gerakan ini tidak diteruskan ke brake dinamometer maka pada poros brake dinamometer perlu dilengkapi spline shaft.
   

   Gambar 2.8 terlihat dengan adanya spline shaft dimungkinkan salah satu poros akan bergerak dengan bebas sejajar dengan sumbu kedua poros.
   

   Dalam perhitungan spline shaft dianggap sebagai pasak dengan jumlah pasak yang banyak. Sehingga perhitungan sama dengan perhitungan pada pasak.
   

   

   Gbr 2.8 Kontruksi spline shaft
   

   Gaya tagensial F yang bekerja pada pasak akibat torsi poros diperlihatkan pada Gambar 2.9.
   

   

   Gbr. 2.9 Kontruksi pasak
   

   Gaya tangensial F (kg) pada permukaan poros adalah :
   

   

   Tegangan geser yang bekerja pada penampang mendatar pasak
   

   

   Maka tegangan geser yang terjadi pada spline shaft
   

   

   Dimana :
   

   b dan l : Lebar dan panjang pasak (mm)
   

   a : Jumlah pasak
   

   Dari tegangan geser yang diijinkan untuk bahan pasak pi (kg/mm2) dalam hal ini bahan poros itu sendiri, tidak boleh lebih besar dari tegangan geser yang terjadi p, atau pi>gt; p.
   

   
   

   2.4.2 Poros Penghubung Brake dinamometer
   

   Getaran pada mesin uji tidak boleh diteruskan ke brake dinamometer, bila hal ini terjadi maka instrumen timbangan pada brake dinamometer akan sulit untuk dibaca dan akan mempercepat umur dari komponen-komponen brake dinamometer. Selain itu diperlukan juga suatu penghubung yang memperbolehkan ketidak segaris-an antara sumbu poros mesin uji dengan sumbu poros brake dinamometer dan untuk memudahkannya proses perakitan brake dinamometer dengan mesin uji.
   

   Untuk mengatasi hal ini diperlukan poros penghubung yang dilengkapi dengan kopling universal joint. Kopling universal joint pada poros penghubung bisa meredam getaran mesin uji dan mengijinkan ketidak segaris-an antara kedua sumbu poros yang dihubungkan.
   

   kontruksi dari poros penghubung ini seperti terlihat pada Gambar 2.10.
   

   

   Gambar 2.10 Poros Penghubung
   

   
   

   Pemilihan poros penghubung ini dilakukan dengan menentukan torsi maksimum kendaraan asal poros tersebut.
   

   

   Besar torsi maksimum poros penghubung tidak boleh lebih kecil dari batasan pengukuran brake dinamometer dalam perancangan ini.
   

   
   

   2.4.3 Gaya Gesek Pada Cakram
   

   Jika sebuah balok bermasa m kita tembakan dengan kecepatan awal Vo sepanjang meja horizontal yang panjang, balok akhirnya akan berhenti. Hal ini berarti bahwa dalam arah geraknya balok mengalami perlambatan dan akhirnya balok akan berhenti. Perlambatan ini diakibatkan karena ada gaya yang melawan arah gerak balok tersebut yang bekerja pada permukaan benda yang saling bersentuhan, gaya ini disebut gaya gesek.
   

   Gaya gesek terjadi karena ketidak halusan permukaan yang saling bersentuhan dan bergerak relatip terhadap permukaan yang lainnya. Gaya gesek mempunyai arah yang berlawanan terhadap arah gerak, seperti terlihat pada diagram benda bebas sebuah balok yang berada di atas lantai yang diberi gaya sebesar F yang ditunjukan pada Gambar 2.11.
   

   

   Gambar 2.11 Gaya Gesek Pada Balok
   

   
   

   Bila balok akan bergerak dengan percepatan a, sedangkan bila akan diam bila dalam keadaan diam dan bergerak dengan kecepatan konstan bila balok tersebut dalam keadaan bergerak. Gaya gesek yang terjadi bila balok bergerak :
   

   

   Dimana :
   

    : Koefisien gesek
   

   N : Gaya normal yang bekerja tegak lurus pada
   

   permukaan gesek (kg)
   

   
   

   Gaya gesek pada cakram terjadi karena kedua permukaan kanvas yang diam menekan permukaan cakram yang sedang berputar. Gaya gesek pada cakram arahnya berlawanan dengan arah putaran cakram, seperti terlihat pada Gambar 2.12.

   

   Gambar 2.12 Gaya Gesek Pada Cakram
   

2. 
   Bila tekanan dianggap terdistribusi merata pada luas permukaan kanvas, maka tekanan (P_c) pada cakram oleh kanvas rem adalah:
   
   

   dimana :
   

   N = Gaya normal yang menekan kanvas (kg), A = Luas permukaan gesek (m2)
   

   
   

   Torsi pada cakram akibat gaya gesek :
   

   

   dimana :
   

   r1 dan r2 : Jari-jari luar dan dalam permukaan gesek (m)
   

   Pc : Tekanan pada cakram (kg m2)
   

     Sudut Permukaan gesek kanvas (o)
   

   
   

   2.4.4 Bantalan
   

   Bantalan pada perancangan brake dinamometer ini terdiri dari dua jenis yaitu bantalan untuk menumpu bagian yang berputar (rotor) dan bantalan untuk menumpu bagian yang tidak berputar (stator). Pada bagian rotor diperlukan bantalan yang sanggup menumpu poros berbeban dan berputar dengan putaran yang cukup tinggi sedangkan pada stator tidak diperlukan bantalan yang beroperasi pada putaran yang tinggi. Beban yang akan diterima kedua jenis bantalan tersebut hanya beban radial.
   

   Misalkan sebuah bantalan radial membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa (kg). Maka beban ekivalen dinamis P (kg) adalah,
   

   

   Faktor V sama dengan 1 untuk pembebanan pada cincin yang berputar, dan 1.2 untuk pembebanan pada cincin luar yang berputar.
   

   Sedangkan untuk beban radial ekivalen statis Po (kg) untuk suatu bantalan yang membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa (kg), dapat ditentukan dengan persamaan berikut.
   

   

   Sedangkan harga dari X,Y, Xo, Yo terdapat pada lampiran tabel.
   

   Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) beban ekivalen dinamis, maka umur nominal Lh bantalan adalah,
   

   
   

   Untuk bantalan bola,

Sedangkan untuk bantalan rol,

1. 

   
   

   dimana fh adalah faktor umur bantalan yaitu,
   

   
   

   dimana Fn adalah faktor kecepatan yang besarnya dapat ditentukan oleh persamaan berikut,
   

   

   Untuk bantalan bola,
   

1. Sedangkan untuk bantalan rol,
   

   
   

   2.5 Dasar Teori Pengukuran
   

   Pengukuran adalah hal yang dilakukan untuk mengetahui suatu besaran fisika seperti panjang, berat atau massa, kecepatan, suhu dan lain sebagainya.
   

   Pada umumnya sistem pengukuran terdiri atas tiga bagian :
   

   1. Tahap detektor-transduser, yang mendeteksi besaran fisika dan melakukan transformasi secara mekanik atau listrik untuk mengubah sinyal (isyarat) menjadi bentuk yang lebih berguna. Secara umum, transduser itu ialah peranti yang dapat mentransformasi suatu efek fisika menjadi efek fisika lain. Akan tetapi dalam banyak hal, variabel fisika itu ditransformasikan menjadi sinyal listrik karena dalam bentuk inilah sinyal itu mudah diukur.
      
   2. Suatu tahap antara, yang mengubah sinyal langsung dengan penguatan, penyaringan atau cara-cara lain, agar didapat keluaran yang dikehendaki.
      
   3. Tahap akhir atau penutup, yang fungsinya menunjukkan, merekam dan mengendalikan variabel yang diukur atau disebut juga tahap penyajian.
      

   Diagram alir sistem pengukuran seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13.
   

   

   Gambar 2.13 Diagram alir sistem pengukuran.
   

   
   

   2.5.1 Istilah-istilah dalam pengukuran
   

   Dalam suatu alat ukur dikenal istilah-istilah, yaitu :
   

   1. Kemampuan bacaan instrumen.
      

      Kemampuan bacaan adalah berapa teliti suatu intrumen dapat dibaca. Intrumen yang mempunyai skala 20 cm mempunyai kemampuan bacaan lebih tinggi dibanding instrumen yang mempunyai skala 10 cm untuk range (jangkau) yang sama.
      

   
   

   1. Cacah Terkecil (least count)
      

      Cacah terkecil adalah beda terkecil antara dua penunjukan yang dapat dideteksi (dibaca) pada skala intrumen.
      

      Kemampuan bacaan dan cacah terkecil bergantung pada panjang skala, jarak pembagian,ukuran jarum penunjuk atau pena bila digunakan rekorder atau perekam dan efek paradoks.
      

   2. Kepekaan (sensitivity) instrumen
      

      Kepekaan instrumen adalah perbandingan antara gerakan linier jarum penunjuk pada intrumen itu dengan perubahan variabel yang diukur yang menyebabkan gerakan itu.
      

   3. Histeresis
      

      Suatu instrumen dikatakan menunjukkan histeresis apabila terdapat perbedaan bacaaan bila nilai besaran yabg diukur didekati dari atas atau dari bawah. Histeresis mungkin disebabkan oleh gesekan mekanik efek magnetik, deformasi atau efek termal
      

   4. Ketelitian (accuracy) instrumen
      

      Ketelitian instrumen adalah penunjukkan deviasi atau penyimpangan terhadap masukan yang diketahui yang biasa dinyatakan dalam presentase bacaan skala penuh.
      

   5. Ketepatan instrumen
      

      Ketepatan instrumen adalah kemampuan instrumen itu menghasilkan kembali bacaan tertentu dengan ketelitian yang diketahui.
      

   
   

   2.5.2 Kalibrasi
   

   Kalibrasi atau peneraan (calibration) instrumen, yaitu membandingkan suatu instrumen alat ukur dengan instrumen alat ukur lain yang ketelitian dan keakuratan hasil pengukuran telah diketahui. Tujuan kalibrasi ini untuk mengurangi kesalahan dalam ketelitian.
   

   Prosedur kalibrasi melibatkan perbandingan instrumen itu dengan :
   

   1. Standar primer
      
   2. Standar sekunder yang mempunyai ketelitian lebih tinggi dari instrumen yang dikalibrasi
      Dengan sumber masukan yang diketahui
   
   2.5.3 Standar

Standar adalah suatu upaya yang dilakukan untuk bisa saling membandingkan suatu hasil eksperimen di berbagai tempat atas suatu dasar yang konsisten. Upaya ini dilakukan dengan menetapkan suatu standar baku untuk panjang, bobot, waktu, suhu dan kuantitas listrik.

2.5.3 Jenis Pengukuran

1. Jenis pengukuran dibedakan menjadi dua jenis yaitu pengukuran statik dan dinamik. Pengukuran statik dimana pengukuran tidak tergantung dari perubahan waktu seperti contoh pengukuran defleksi balok yang mengalami pembebanan tetap tidak berubah-rubah. Tetapi bila balok tersebut mengalami vibrasi atau getaran defleksinya akan berubah-ubah maka pengukuran ini disebut pengukuran dinamik.

   Pengukuran dinamik akan lebih sukar dilakukan dibanding dengan pengukuran statik, karena hasil pengukuran yang berubah-ubah terhadap waktu. Seperti contoh lain pengukuran suatu fluida yang mengalir dalam keadaan stedi (keadaan tunak) akan lebih mudah diukur dibandingkan dengan aliran yang berubah-ubah terhadap waktu.
   

BAB II. TEORI DASAR I

TEORI DAN DASAR PERANCANGAN BRAKE DYNAMOMETER TIPE CAKRAM

2.1 Pendahuluan

Teori dan dasar perancangan brake dinamometer tipe cakram ini berisi tentang teori-teori yang mendasari perancangan dan pemilihan komponen-komonen yang terkait. Pemilihan komponen-komponen brake dinamometer ini dilihat dari segi mekanika teknik seperti kekuatan material dan umur pakai untuk bantalan. Pada akhir pembahasan bab ini akan dijelaskan teori dasar tentang pengukuran, hal ini penting untuk merancang suatu alat ukur yang baik dan benar.

Sebelum membahas tentang teori dasar pemilihan komponen-komponen yang terkait dalam perancangan dan pembuatan brake dinamometer ini terlebih dahulu akan dibahas tentang penggerak mula motor bakar torak guna mengetahui besaran yang akan diukur oleh brake dinamometer yang akan dirancang dan dibuat ini.

2.2 Motor Bakar Torak

Motor bakar torak adalah salah satu jenis mesin penghasil daya. Daya atau energi mekanik yang dihasilkan diperoleh dari energi yang dikandung bahan bakar melalui proses pembakaran. Motor bakar torak adalah mesin penghasil daya jenis pembakaran dalam atau Internal Combustion Engines, dimana proses pembakaran dan ekspansi terjadi di dalam motor itu sendiri dan gas hasil pembakaran sekaligus digunakan sebagai fluida kerja.

Motor bakar torak menggunakan satu atau lebih silinder yang di dalamnya berisi torak bergerak translasi. Di dalam silinder ini terjadi proses pembakaran campuran bahan bakar dan oksigen. Gas hasil pembakaran tersebut mampu menggerakkan torak yang oleh batang penghubung dihubungkan dengan poros engkol. Fungsi dari poros engkol mengubah gerak translasi menjadi rotasi pada saat langkah ekspansi dan gerak rotasi menjadi translasi pada saat langkah kompresi.

Motor bakar torak menurut sistem penyalaannya terdiri dari dua jenis yaitu Spark Ignition Engines (motor bensin atau Otto) dan Compression Ignition Engines (motor diesel). Pada motor bensin penyalaan bahan bakar dilakukan oleh loncatan bunga api listrik antara dua elektroda busi sedangkan pada motor diesel pembakaran bahan bakar dilakukan dengan sendirinya akibat tekanan dan temperatur yang tinggi.

Motor bakar torak menurut kerja yang dihasilkan dalam satu siklus terdiri dari dua jenis yaitu empat langkah dan dua langkah. Empat langkah untuk menghasilkan satu kerja poros engkol berputar 2 kali sedangkan dua langkah hanya memerlukan 1 kali putaran poros engkol.

2.2.1 Siklus Udara Motor Bakar Torak Volume Konstan

Siklus ideal motor bakar torak volume konstan (motor Otto) adalah siklus ideal dimana pemasukkan kalor dan pelepasan kalor dilakukan pada volume konstan, seperti terlihat pada Gambar 2.1.

Gbr. 2.1 Siklus Ideal Motor Bakar Torak Volume Konstan (Pustaka 1)

Sifat ideal serta keterangan mengenai proses siklus udara volume konstan ini adalah sebagai berikut :

1. Pada sifat ideal fluida kerja dianggap sebagai gas ideal yang mempunyai kalor spesifik yang konstan.
   
2. Langkah isap (0-1), proses tekanan konstan. Dalam proses ini fluida kerja berupa bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder pada tekanan konstan dari TMA (titik mati atas) sampai TMB (titik mati bawah).
   
3. Langkah kompesi (1-2), proses isentropik (adiabatik reversibel), yaitu fluida kerja dikompresikan oleh gerakan torak dari TMB ke TMA.
   
4. Proses pembakaran (2-3) pada volume konstan, yaitu proses pemasukan kalor sesudah torak mencapai TMA (titik 2). Fluida kerja ini tidak melakukan dan dikenai kerja.
   
5. Langkah kerja atau ekspansi (3-4) pada proses isentropik, pada langkah ini akan dihasilkan kerja yang berguna dari TMA sampai TMB.
   
6. Proses pelepasan kalor (4-1), dianggap sebagai proses pelepasan kalor pada volume konstan. Setelah torak mencapai TMB sejumlah kalor dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun.
   
7. Langkah buang (1-0) ialah proses pembuangan hasil pembakaran fluida kerja ke lingkungan saat torak bergerak dari TMA menuju TMB. Fluida kerja didorong keluar silinder oleh torak yang bergerak dari TMB ke TMA pada tekanan konstan.
   
8. Siklus dianggap tertutup dimana proses akan terus berlangsung seperti pada point 1 sampai 8.
   

Daya yang dihasilkan motor bakar torak dapat ditentukan dengan Persamaan 2.1 di bawah ini :

Dimana :

P = Daya yang dihasilkan motor bakar torak, PS

p rata-rata = Tekanan efektif rata-rata, Kg/cm3

Vl = Volume silinder, cm3

z = Jumlah silinder

n = Putaran poros engkol, rpm

a = Jumlah siklus per putaran, 1 untuk motor 2 langkah dan 1/2 untuk motor 4 langkah.

Tekanan efektif rata-rata adalah harga tekanan tertentu (yang konstan) yang apabila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja per siklus yang sama dengan siklus yang dianalisis, atau didefinisikan sebagai :

Dalam kenyataan siklus volume kontan ini akan sulit di dapat karena terjadi penyimpangan dari siklus ideal yang tidak bisa dihindari hanya bisa diusahakan sekecil mungkin. Akan tetapi boleh dikatakan antara efesiensi siklus udara dan siklus sebenarnya terdapat hubungan tertentu, yaitu pada efesiensi indikatornya dimana .

Daya indikator (daya gas pembakaran di dalam silinder) dapat ditentukan dengan Persamaan (2.3), di bawah ini :

Penyimpangan ini terjadi karena dalam keadaan sebenarnya terjadi kerugian, antara lain :

1. Kebocoran fluida kerja karena cincin torak dan katup tidak bisa menyekat dengan sempurna
   
2. Katup tidak dibuka dan ditutup pada TMA dan TMB karena alasan pertimbangan dinamik mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja.
   
3. Fluida kerja bukanlah udara yang bisa dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan selama proses berlangsung
   
4. Pada motor bakar torak tidak terjadi pemasukan kalor. Kenaikan temperatur dan tekanan terjadi karena adanya proses pembakaran udara dan bahan bakar di dalam silinder
   
5. Saat pembakaran berubah-ubah menurut kecepatan torak dan proses pembakaran memerlukan waktu, maka proses pembakaran dilakukan beberapa derajat pada saat torak sebelum mencapai TMA dan berakhir pada saat torak bergerak dari TMA menuju TMB. Jadi pembakaran tidak berlangsung pada volume konstan.
   
6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida kerja ke fluida pendingin.
   
7. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang ke lingkungan.
   
8. Terdapat kerugian energi akibat gesekan fluida kerja dengan dinding saluran.
   

Siklus sebenarnya yang terjadi seperti terlihat pada Gambar 2.2 di bawah ini. Pada grafik terlihat pemasukan dan pengeluaran kalor tidak pada volume konstan, langkah isap dan langkah buang tidak tejadi pada tekanan konstan dan tekanan langkah buang lebih tinggi dibanding tekanan langkah isap.

Gbr. 2.2 Siklus Sebenarnya Motor Bakar Torak Volume Konstan (Pustaka 1)

2.2.2 Daya Poros

Daya yang berguna pada motor bakar torak adalah daya poros karena daya ini yang akan menggerakkan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator.

Sebagian daya indikator ini digunakan untuk mengatasi gesekan mekanik antara komponen-komponen yang saling bergesekan seperti torak dan dinding silinder, poros dengan bantalan dan lain sebagainya. Selain itu pula daya indikator harus menggerakkan aksesori seperti pompa air, pompa pelumas, pompa bahan bakar, kipas pendingin dan generator. Dengan demikian besarnya daya poros adalah :

dimana :

Pe = Daya poros atau daya efektif [PS,kW].

Pi = Daya Indikator [PS,kW].

Pg = Daya gesek [PS,kW].

Pa = Daya aksesoris [PS,kW].

Untuk mengetahui daya poros diperlukan alat ukur torsi atau dinamometer dan tachometer untuk mengukur putaran poros engkol. Data yang didapat dari pengukuran adalah torsi dan putaran, daya poros didapat dengan memasukkan data yang diperoleh ke Persamaan 2.5.

dimana :

T = Momen putar [kgm] dan n = Putaran poros engkol [rpm]

Hasil pengujian suatu motor bakar bensin pada bermacam-macam putaran dengan katup gas terbuka penuh seperti terlihat pada Gambar 2.3 di bawah ini.

Gbr. 2.3 Hasil pengujian motor bakar torak pada bermacam-macam putaran dengan katup throttle terbuka penuh (Pustaka 1)

2.3 Dinamometer

2.3.1 Tinjauan Umum

Dinamometer adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur torsi atau momen puntir poros out-put penggerak mula seperti motor bakar, motor listrik, turbin uap, turbin gas dan lain sebagainya. Tujuan pengukuran torsi ini adalah untuk menentukan besar daya yang bisa dihasilkan penggerak mula tersebut.

Prinsip kerja dinamometer secara umum seperti terlihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Prinsip kerja Brake dynamometer (Pustaka 2)

Rotor atau bagian yang berputar dihubungkan ke stator menggunakan kopling tak tetap seperti elektromagnetik, hidrolik atau gesekan mekanik, fungsi dari kopling ini untuk mengubah daya mesin menjadi bentuk daya lain agar mudah diukur. Rotor dan stator ini ditumpu oleh bantalan yang memiliki kerugian gesek kecil. Pada bagian stator terdapat lengan dimana pada ujung lengan tersebut dipasang alat pengukur gaya. Bila rotor berputar maka stator akan ikut berputar akibat hubungan kopling tak tetap tadi, akan tetapi putaran stator ditahan oleh pengukur gaya yang dipasang pada ujung lengan dengan jarak tertentu dari sumbu putar. Pengukur gaya akan mengukur besarnya gaya F (kg) akibat torsi yang diberikan rotor ke stator.

Torsi mesin diperoleh dengan mengalikan besar gaya pada ujung lengan dengan jarak x :

T = Fx

dimana :

x = Panjang lengan (m)

F = Gaya yang pada ujung lengan (kg)

Daya (P) yang diberikan mesin ke dinamometer diperoleh dengan memasukkan torsi dan putaran yang didapat ke persamaan (2.5).

2.3.2 Tinjauan Terhadap Brake Dinamometer Tipe Cakram

Prinsip kerja brake dinamometer adalah mengubah daya poros suatu penggerak mula menjadi daya gesek agar mudah untuk diukur. Daya gesek pada brake dinamometer ini kemudian ditransfer menjadi kalor dan dilepas ke lingkungan. Untuk memperoleh daya gesek dalam perancangan ini menerapkan sistem rem dari kendaraan yaitu sistem rem cakram. Jenis dinamometer ini disebut brake dinamometer tipe cakram yang untuk selanjutnya akan disebut brake dinamometer.

Brake dinamometer menggunakan cakram untuk menghasilkan daya gesek dimana energi yang dihasilkan oleh mesin penghasil daya diubah menjadi daya gesek dan ditransfer menjadi panas kemudian dilepas ke lingkungan, seperti terlihat pada diagram alir di bawah ini :

Gbr. 2.5 Diagram alir prinsip kerja brake dinamometer

Cakram yang digunakan pada perancangan brake dinamometer ini menggunakan cakram dimana kontruksinya dilengkapi dengan ventilasi. Fungsi ventilasi pada cakram ini untuk mempercepat pelepasan panas pada cakram yang diakibatkan oleh gesekan antara kanvas dengan cakram.

Kontruksi dan prinsip kerja dari brake dinamometer ini seperti ditunjukan pada gambar 2.6.

Gbr. 2.6 Brake dinamometer tipe cakram tunggal.

• Brake dinamometer terdiri dari dua bagian, yaitu rotor dan stator.
  
• Rotor adalah bagian yang berputar yang terdiri dari poros (No.1) dan cakram (No.8).
  
• Rotor dihubungkan ke poros out-put penggerak mula yang akan diukur.
  
• Stator adalah bagian yang cukup untuk bisa bergerak secara rotasi, tidak sampai berputar. Komponen-komponen stator adalah kaliper (No.3), lengan (No.4) dan kanvas rem (No.7).
  
• Rotor bertumpu pada rangka melewati dua bantalan peluru (No.2), dan stator bertumpu pada frame melewati bantalan jarum (No.6).
  
• Kontruksi seperti ini untuk membebaskan rotor dari stator, jadi beban lentur pada rotor hanya akibat berat poros dan cakram saja.
  
• Oli dari sebuah master rem ditekan masuk ke kaliper (No.3)
  
• Tekanan oli tersebut akan menekan piston di dalam kaliper.
  
• Kontruksi dari kaliper akan menghasilkan arah tekanan pada masing-masing kanvas rem saling berhadapan, arah tekanan ini mengakibatkan kedua kanvas rem akan menjepit cakram yang sedang berputar sehingga terjadi gaya gesek.
  
• Gaya gesek ini akan mengakibatkan terjadinya torsi pada rotor.
  
• Torsi gesek pada rotor ini mengakibatkan terjadinya momen pada stator.
  
• Untuk mengetahui besarnya momen pada stator dipasang piranti pengukur gaya pada lengan (No.4) dimana lengan ini masih bagian dari stator.
  
• Piranti pengukur gaya ini dipasang di titik A sejauh X dari titik sumbu putar momen, seperti terlihat pada gambar 2.7.
  
• Piranti pengukur gaya akan menunjukan besarnya gaya (F) yang bekerja pada titik A.
  
• Kesetimbangan momen memberikan, momen yang bekerja pada stator sama dengan besar gaya yang terbaca pada piranti pengukur gaya (F) dikalikan dengan jarak X, atau memenuhi persamaan :
  

  Momen pada stator = F.X
  

• Karena prinsip kerja brake dinamometer mengubah daya mesin menjadi daya gesek, maka torsi yang diberikan oleh mesin ke brake dinamometer sama dengan torsi gesek pada cakram.
  
• Torsi gesek pada cakram ini sama dengan momen pada stator yang besarnya sama dengan F xX.
  

• Maka torsi mesin sama dengan F x X.
  

  
  

  

  Gbr. 2.7 Lengan brake dinamometer tipe cakram tunggal.

BAB. I Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Dynamometer adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur torsi poros out-put suatu pengerak mula, besaran ini digunakan untuk menentukan daya yang bisa dihasilkan oleh penggerak mula tersebut.

Banyak jenis dynamometer yang ada saat ini, diantaranya dynamometer elektrostatik, dynamometer Eddy Current, dynamometer transmisi, dynamometer transmisi sabuk, dynamometer brake dan lain sebagainya.

Harga satu unit dynamometer yang ada di pasaran mempunyai harga yang relatif mahal dan jenis yang terbatas, akan tetapi mempunyai kemampuan pengukuran yang tinggi. Jenis yang banyak beredar di pasaran biasanya jenis dynamometer elektrostatik dan dynamometer Eddy Current.

Kemungkinan dalam pembuatan dinamometer yang sederhana, murah dan mudah tanpa menghilangkan aspek teknologi dengan jalan menggunakan komponen-komponen kendaraan.

1.2 Tujuan

Merancang dan membuat brake dynamometer sebagai alternatif dynamometer yang ada di pasaran yang harganya relatif cukup mahal.

Merancang dan membuat brake dynamometer dengan menerapkan sistem rem roda depan dari kendaraan, yaitu jenis rem cakram. Pemilihan jenis rem ini karena rem cakram mempunyai kelebihan di banding dengan rem tromol, diantaranya mempunyai daya cengkram yang baik untuk dimensi keseluruhan yang sama dan sistem pendinginan yang baik.

Merancang dan membuat brake dynamometer untuk mengukur torsi dari poros out-put suatu penggerak mula dimana besaran ini digunakan untuk menentukan daya maksimum yang bisa dihasilkan oleh penggerak mula tersebut.

1.3 Batasan Masalah

Perancangan ini merupakan langkah awal dalam pembuatan sebuah brake dynamometer, yang dirancang sesederhana mungkin tanpa menutup kemungkinan untuk dikembangkan.

Digunakan pendinginan alami untuk mendinginkan brake dynamometer selama pemakaian tanpa dibantu dengan alat pendingin yang lain.

Pembatasan pengukuran untuk mesin dengan kapasitas silinder 1500 cc atau daya dan torsi maksimum yang dihasilkan 53 kW dan 12.2 kg m

Pehitungan komponen utama dalam perancangan brake dynamometer ini hanya ditinjau dari segi mekanika teknik, guna menentukan kekuatan material komponen untuk diterapkan pada perancangan ini.

Proses pemesinan dilakukan pada komponen yang dianggap perlu, pembuatan rangka dan perakitan dilakukan di sebuah bengkel yang mempunyai peralatan terbatas.

Semua batasan-batasan ini dilakukan untuk menghemat biaya, waktu produksi dan tenaga, disamping itu karena keterbatasan sarana untuk merancang secara lengkap dan detail satu unit brake dynamometer tipe cakram.

I.4 Ruang Lingkup

Ruang lingkup makalah tugas akhir ini meliputi perancangan dan pembuatan brake dynamometer tipe cakram dengan menggunakan sistem rem pada kendaraan. Setelah perancangan dan pembuatan brake dynamometer selesai kemudian dilanjutkan pengujian dengan mesin uji untuk menentukan prestasi brake dynamometer tersebut.

1.5 Sistematika Pembahasan

Sistematika pembahasan tugas akhir ini dibuat sedemikian rupa supaya saling berkesinambungan, mudah diikuti dan dimengerti.

Bab I atau Pendahuluan, yang berisi latar belakang pengambilan judul dari makalah, tujuan yang ingin dicapai, pembatasan dalam perancangan, ruang lingkup dan sitematika pembahasan.

Bab II yang berisi teori-teori dasar yang relevan dengan perancangan brake dynamometer ini serta teori tentang penggerak mula yang akan menguji brake dinamometer ini yaitu teori penggerak mula motor bakar torak. Kemudian dilanjutkan dengan Bab III yaitu pemilihan dan perhitungan komponen-komponen utama serta langkah-langkah pemesinan yang harus dilakukan pada beberapa komponen agar sesuai dengan keperluan.

Bab IV, yaitu prosedur langkah-langkah perakitan dan pengujian alat dynamometer brake yang yang dilanjutkan dengan analisis hasil pengujian , yaitu Bab V.

Pada bab VI laporan biaya yang dikeluarkan untuk memproduksi satu unit brake dinamometer. Laporan ini ditutup dengan bab VII yaitu kesimpulan dari hasil perancangan dan pengujian brake dynamometer serta saran-saran yang bisa diterapkan untuk pengembangan brake dynamometer ini.