LAPORAN AKHIR
PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN
GOVERNOR
Oleh:
NAMA : MUHAMMAD FAIZAL S.
NIM : 1007135523
KELOMPOK : 15
LABORATORIUM KONSTRUKSI DAN PERANCANGAN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU
OKTOBER,2013
i
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
ii
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
iii
5.2 Saran ....................................................................................................... 23
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 24
iv
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
v
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Hasil Perhitungan Governor ................................................................ 16
1
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
2
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 engines
menggunakan gerak reciprocating murni untuk pompa air di
mana aplikasi ini dapat mentoleransi variasi
kecepatan.Engineerskotlandia James Watt 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.
3
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.
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,
( )
( )
( )
Gambar 2. 1 Governor
4
(
)
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 :
5
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)
6
Gambar 2. 4 Gaya Tangensial
2.1.3 Jenis-Jenis Governor
A) 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.
Gambar 2. 5 Porter Governor
7
Gambar 2. 6 Porter Governor
B) 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.
Gambar 2. 7 Proel Governor
8
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
9
mengontrol posisi batang berigi atau batang pengontrol bahan
bakar pompa injeksi.
2.2 Aplikasi
Governor digunakan sebagai pengatur kestabilan antara turbin
penggerak dan generator.
10
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
12
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
13
5. Penjepit
Berfungsi untuk mengukur ketinggian sleeve yang bergerak keatas.
6. Kunci 17
Berfungsi untuk membuka lengan governor.
3.2 Prosedur Praktikum
1. Pasanglah alat seperti pada gambar dibawah
Gambar 3. 7 Penjepit
Gambar 3. 8 Kunci 17
14
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.
Dat
a
Massa
(kg)
Kekakua
n
Pegas
(N/m)
Putaran
poros
(rpm)
Pemanjanga
n pegas
(mm)
Pemendeka
n pegas
(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.
16
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
Fk
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
2
0,976
0,976 9,81 / 9,575
m kg
F kg m s N
Panjang pegas awal = 174 mm
Panjang pegas akhir = 170 mm
(174 170) 4x mm mm
9,5752,394 /
4
Nk N mm
mm
17
4.2.1.2 Massa 0,271 kg
2
0,271
0,271 9,81 / 2,659
m kg
F kg m s N
Panjang pegas awal = 174 mm
Panjang pegas akhir = 172 mm
(174 172) 2x mm mm
2,6591,329 /
2
Nk N mm
mm
4.2.1.3 Massa 0,089 kg
2
0,089
0,089 9,81 / 0,873
m kg
F kg m s N
Panjang pegas awal = 174 mm
Panjang pegas akhir = 173 mm
(174 173) 1x mm mm
0,0890,873 /
1
Nk N mm
mm
4.2.2 Kecepatan Putar Poros Utama(rad/s)
Dapat dicari dengan rumus
2
60
n
Dimana :
= Kecepatan putar poros utama(rad/s)
n = Putaran Poros(rpm)
4.2.2.1 Massa 0,976 kg
Untuk slide regulator 125 V
2 250,826,26 /
60rad s
Untuk slide regulator 150 V
2 359,137,60 /
60rad s
18
4.2.2.2 Massa 0,271 kg
Untuk slide regulator 125 V
2 428,544,87 /
60rad s
Untuk slide regulator 150 V
2 36237,91 /
60rad s
4.2.2.3 Massa 0,089 kg
Untuk slide regulator 125 V
2 249,626,14 /
60rad s
Untuk slide regulator 150 V
2 362,837,99 /
60rad s
4.2.3 Rata- rata pemendekan pegas(Xpemen)
Dapat dihitung dengan rumus
125 150
2
v vpemen
Sleeve SleeveX
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
61 90
75,52
pemenX mm
19
4.2.3.2 Massa 0,271 kg
Untuk slide regulator 125 V
Sleeve = 31 mm
Untuk slide regulator 150 V
Sleeve = 56 mm
31 5643,5
2pemenX mm
4.2.3.3 Massa 0,089 kg
Untuk slide regulator 125 V
Sleeve = 24,5 mm
Untuk slide regulator 150 V
Sleeve = 50 mm
24,5 5032,25
2pemenX mm
4.2.4 Jarak flyball ke sumbu poros utama(r)
Dapat dihitung dengan rumus :
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
0,203 0,061 0,14r m
panjang poros dari sleeve ke puncak - sleeve
20
Untuk slide regulator 150 V
Sleeve = 90 mm = 0,09 m
0,203 0,09 0,11r m
4.2.4.2 Massa 0,271 kg
Untuk slide regulator 125 V
Sleeve = 31 mm = 0,031 m
0,203 0,031 0,17r m
Untuk slide regulator 150 V
Sleeve = 56 mm = 0,056 m
0,203 0,056 0,15r m
4.2.4.3 Massa 0,089 kg
Untuk slide regulator 125 V
Sleeve = 24,5 mm = 0,0245 m
0,203 0,0245 0,18r m
Untuk slide regulator 150 V
Sleeve = 40 mm = 0,040 m
0,203 0,040 0,16r m
4.2.5 Gaya sentrifugal secara teoritis
Dapat dihitung dengan rumus :
pemenF k X
Dimana :
k = Kekakuan pegas (N/mm)
Xpemen = Rata-rata pemendekan pegas(mm)
4.2.5.1 Massa 0,976 kg
2,394 75,5 180,720F N
21
4.2.5.2 Massa 0,271 kg
1,329 43,5 57,823F N
4.2.5.3 Massa 0,089 kg
0,873 32,25 28,157F N
4.2.6 Gaya sentrifugal secara percobaan
Dapat dihitung dengan rumus:
2
sF mr
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
20,976 0,14 26,26 95,589sF N
Untuk slide regulator 150 v
20,976 0,11 37,60 155,961sF N
4.2.6.2 Massa 0,271 kg
Untuk slide regulator 125 v
20,271 0,17 44,87 93,855sF N
Untuk slide regulator 150 v
20,271 0,17 37,91 57,248sF N
4.2.6.3 Massa 0,089 kg
Untuk slide regulator 125 v
20,089 0,18 26,14 10,854sF N
Untuk slide regulator 150 v
20,089 0,16 37,99 20,940sF N
22
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.
23
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.
24
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
Top Related