BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

            Motor Penggerak/listrik pada bidang industri memegang peranan penting serta banyak digunakan. Hal ini dikarenakan motor listrik merupakan salah satu sistem peralatan yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Selanjutnya energi mekanis ini banyak digunakan untuk berbagai keperluan pelayanan beban ekonomis. Pada umumnya, motor listrik yang banyak digunakan di pabrik-pabrik adalah motor induksi tiga fasa. Pertimbangan penggunaan motor induksi dikarenakan motor tersebut mempunyai konstruksi yang sangat sederhana dan tidak mudah rusak, sehingga mudah dalam perawatan serta putaran-putaran motor relative konstan dengan perubahan beban. Di samping itu juga keandalannya tinggi dan memiliki faktor daya yang sangat baik.

            Pada Alat mesin Uji Tarik sarana yang digunakan sebagai alat pengujian salah satunya yaitu Motor Penggerak. Motor Penggerak/Listrik pada mesin Uji Tarik adalah unit/sarana yang sangat penting, karena apabila motor penggerak di Mesin Uji Tarik  ini rusak maka proses pengujian  akan terhambat sehingga waktu yang kita gunakan menjadi tidak efisien. Maka, sebelum memasang motor Penggerak/Listrik tersebut kita harus menghitung dan menganalisa kapasitas daya yang akan diperlukan motor tersebut untuk menggerakkan Benda Kerja yang ada pada mesin Uji Tarik. Oleh karena itulah, dalam kesempatan laporan akhir ini penulis memilih judul “Analisa Motor Penggerak Pada Mesin Uji Tarik Kapasitas 20 Ton”

1.2. Rumusan Masalah

            Berdasarkan latar belakang yang dikemukakan diatas dapat dirumuskan permasalahn sebagai berikut :

1.      Bagaimana daya listrik yang dibutuhkan oleh motor induksi tiga phasa tersebut?

1.3. Batasan Masalah

            Penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas pada laporan akhir ini dengan menitik beratkan penentuan besar kapasitas daya listrik yang dihasilkan oleh motor penggerak, besar daya mekanik yang dihasilkan oleh Motor Penggerak bila dikonversikan ke daya listrik dan efisiensi ekonomis dari output yang dihasilkan oleh motor penggerak pada mesin Uji Tarik.

1.4. Tujuan Penelitian

            Adapun tujuan dari penyusunan laporan akhir ini ialah :

1.      Mengetahui diameter poros motor penggerak

2.      Mengetahui besar daya Motor yang dibutuhkan pada Mesin Uji Tarik Kapasitas 20 Ton.

3.      Menghitung Torsi maksimal  Motor Penggerak pada Mesin Uji Tarik Kapasitas 20 Ton.

1.5. Manfaat Penelitian

            Manfaat dari penyusunan laporan akhir ini ialah :

1.      Dapat menambah pengetahuan pemahaman tentang perhitungan daya motor induksi tiga phasa pada mesin Uji Tarik. Serta aspek-aspek yang digunakan pada motor itu sendiri.

2.      Dapat mengetahui jenis motor penggerak pada mesin Uji Tarik.

1.6. Metode Penelitian

            Untuk mendapatkan hasil dan bukti yang jelas dalam penyusunan laporan akhir ini, maka metode yang dilakukan adalah :

            1. Metode Studi Literatur

                        Penulis mencari dan mengumpulkan data-data dari berbagai referensi                      buku- buku yang berhubungan dengan penulisan pada laporan akhir                ini.

            2. Metode Wawancara

                        Penulis mengadakan Tanya jawab dan berdiskusi dengan.

            3. Metode Observasi

                        Metode dengan cara mengumpulkan data-data dengan jalan melakukan                  pengamatan langsung terhadap aktivitas yang  ditemui  pada waktu                     mengadakan penelitian.

1.7. Sistematika Penulisan

            Penulisan ini dibagi menjadi lima bab dengan sistematika sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

            Sebagai pendahuluan dijelaskan mengenai latar belakang penulisan laporan, tujuan, manfaat, pokok permasalahan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

            Bab ini berisikan tentang tinjauan pustaka yang merupakan teori pendukung dari bab yang akan dibahas.

BAB III KEADAAN UMUM

            Pada bab ini dibahas tentang hasil pengamatan di lapangan, jenis data yang dipakai dan teknik analisa data yang dipakai.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

            Pada bab ini membahas tentang perhitungan besar daya motor  penggerak Mesin Uji Tarik, besar daya mekanik dan efisiensi ekonomis dan membandingkannya dengan data yang ada dilapangan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

            Pada bab ini merupakan kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan  Tugas.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1  Definisi Poros

Secara istilah poros adalah elemen mesin yang berbentuk batang dan umummya berpenampang lingkaran, berfungsi untuk memindahkan putaran atau mendukung sesuatu beban dengan atau tanpa meneruskan daya.

Gambar 1. Poros

            Beban yang didukung oleh poros pada umumnya adalah roda gigi, roda daya (fly wheel), roda ban (pulley), roda gesek, dan lain-lain. Poros hamper terdapat pada setiap konstruksi mesin dengan fungsi yang berbeda-beda. Dilihat dari fungsinya poros dibedakan menjadi:

1. poros dukung : misalnya gandar, poros motor.

2. poros transmisi : misalnya poros motor listrik, poros gigi transmisi pada gear box.

3. gabungan antara dukung dant ransmisi : misalnya poros pada roda mobil.

            Perencanaan poros mengacup ada kekuatan bahan poros. Untuk bahan yang liat (ductile material), Ukuran poros dihiitung dengan menggunakan teori tegangan geser meksimal, Sedangkan untuk bahan yang getas (brittle material) dihitung dengan teori tegangan normal maksimal. Dimana kedua teori tersebut dikembangkan dari teori tegangan utama yaitu RANKINE.

            Tegangan pada poros pada umumnya berupa tegangan puntir saja, bengkok saja, atau gabungan puntir dan bengkok. Bahan poros pada umumnya menggunakan machinery steels, dimana tegangan bengkok ijin sebesar 400-800 kg/cm persegi, tegangan geser ijin sebesar 420 kg/cm persegi untuk yang berpasak dan 560 kg/cm persegi yang tanpa pasak. Yang tergolong machinery steels yaitu high carbon steel dan  tensile steel. Dipasaran Indonesia yang  tergolong kelompok  tersebut  adalah  jis

s 45 c, SCM-4.

Poros adalah salah satu elemen terpenting dari setiap mesin. Peran utama poros yaitu meneruskan tenaga bersama–sama dengan putaran. Pada aplikasi di dunia industri, poros digunakan untuk mentransmisikan daya. Poros dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a.    Poros transmisi/Shaft

Poros semacam ini mendapat beban puntir murni atau beban puntir dan lentur. Daya yang ditransmisikan kepada poros melalui kopling, roda gigi, puli sabuk, atau sprocket rantai, dan lain–lain.

b.    Spindel

Poros transmisi yang relative pendek, seperti poros utama pada mesin bubut, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

c.    Line shaft

Poros ini berhubungan langsung dengan mekanisme yang digerakkan dan berfungsi memindahkan daya dari motor penggerak kemekanisme tersebut.

            Adapun hal-hal penting yang perlu diperhatikan dalam perencanaan sebuah poros, yaitu:

1)      Kekuatan poros

Poros transmisi mengalami beban punti ratau lentur maka kekuatannya harus direncanakan sebelumnya agar cukup kuat dan mampu menahan beban.

2)      Kekakuan poros

Lenturan yang dialami poros terlalu besar maka akan menyebabkan ketidakt elitian atau getaran dan suara. Oleh karena itu kekakuan poros juga perlu diperhatikan dan  disesuaikan dengan mesin.

3)      Putaran kritis

Putaran kerja poros haruslah lebih rendah dari putaran kritisnya demi keamanan karena getarannya sangat besar akan terjadi apabila putaran poros dinaikkan pada harga putaran kritisnya.

4)      Korosi

Poros-poros yang sering berhenti lama maka perlu dipilih poros yang terbuat dari bahan yang tahan korosi dan perlu untuk dilakukannya perlindungan terhadap korosi secara berkala.

5)        Bahan poros

Poros yang biasa digunakan pada mesin adalah baja dengan kadar karbon yang bervariasi. Adapun penggolongannya dapat dilihat pada Tabel 4. 

Tabel 1. Penggolongan Bahan Poros

Golongan	Kadar C (%)
Baja lunak Baja liat Baja agak keras Baja keras Baja sangat keras	-0,15 0,2-0,3 0,3-0,5 0,5-0,8 0,8-1,2

Perhitungan yang digunakan dalam merancang dan guna untuk menganalisa kerja poros transmisi yang mengalami beban punter murni (torsi) adalah sebagai berikut :

a.       Menghitung daya rencana^[1]

P_d= f_cP (kW)………………………………...………………………………(1)

Keterangan:

P_d = daya rencana (kW).

f_c   = factor koreksi.

P  = daya nominal (kW).

b.      Menghitung momen yang terjadi pada poros^[1]

T = 9,74x10⁵  .......................................... .....................................................(2)

Keterangan:

T = momen rencana (kg.mm).

c.       Mencari tegangan geser yang diizinkan^[1]

_{a =} σ_B/(Sf₁xSf₂)………………………...………………………...……..….(3)

Keterangan:

_a        = tegangan geser yang diizinkan (kg/mm²).
σ_B          = kekuatan tarik (kg/mm²).

Sf₁xSf₂  = factor keamanan.

d.   Mencari tegangan yang terjadi pada poros^[1]
τ_max      =(5,1/d_s³) …………………… ………………...(4)

Keterangan:

τ_max        = tegangan geser maksimal (kg/mm²⁾.

e.       Menentukan diameter poros^[1]

d_s ≥ ^1/3…………………………..……………..(5)

d_s            = diameter poros (mm).

K_m       = factor koreksi momen lentur.

M         = momen lentur (kg.mm).

K_t        = factor koreksi momen punter.

T          = momen punter (kg.mm).

Faktor koreksi momen lentur mempunyai ketentuan yaitu untuk poros yang berputar dengan pembebanan momen lentur tetap, besarnya factor K-m = 1,5. Poros dengan tumbukan ringan K-m terletak antara 1,5 dan 2,0, dan untuk beban dengan tumbukan berat K-m terletak antara 2 dan 3 (Sularso 1991: 17).

Berikutnya akan dihitung diameter minimal pada poros. Untuk perhitunganya adalah sebagai berikut :

2.2 Torsi Motor

Torsi adalah kekuatan yang menghasilkan rotasi. Hal ini menyebabkan objek untuk memutar Torsi terdiri dari gaya yang bekerja pada jarak. Torsi seperti bekerja diukur adalah pound-feet (lb-ft). Namun torsi tidak seperti tempat kerja, mungkin ada meskipun tidak terjadi.

Untuk menghitung torsi.^[2]

            T = F x D ………………………………………………………..…………(6)

            T = torsi (lb-ft)
            F = gaya (lb)
            D = jarak (kaki)

 Menghitung beban penuh Torsi:

Beban penuh torsi adalah torsi untuk menghasilkan daya dinilai dengan kecepatan penuh motor. Jumlah torsi motor menghasilkan pada daya pengenal dan kecepatan penuh dapat ditemukan dengan menggunakan grafik konversi tenaga kuda-ke-torsi. Bila menggunakan tabel konversi, menempatkan tepi lurus sepanjang dua kuantitas yang diketahui dan membaca kuantitas yang tidak diketahui pada baris ketiga.

            Untuk menghitung bermotor torsi beban penuh.^[2]

T = HP x 5252 / (rpm) ………………………………………………...…….(7)

 T = torsi (lb-ft)                            
            HP = daya kuda
            5252 = konstan
            rpm = putaran per menit

2.3 Motor Listrik

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu. Pada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnit. Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

Gambar 2. Generator

Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah ariab listrik menjadi ariab mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan ariab) dan di ariable. Motor listrik kadangkala disebut kuda kerja nya ariable sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di ariable.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama, Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004): Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torsinya tidak bervariasi.

Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. Beban dengan ariable torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan ariable torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).

       

Gambar 3. Motor Listrik

            Motor listrik yang umum digunakan di dunia Industri adalah motor listrik asinkron, dengan dua standar global yakni IEC dan NEMA. Motor asinkron IEC berbasis metrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial (inch), dalam aplikasi ada satuan daya dalam horsepower (hp) maupun kiloWatt (kW).
Motor listrik IEC dibagi menjadi beberapa kelas sesuai dengan efisiensi yang dimilikinya, sebagai standar di EU, pembagian kelas ini menjadi EFF1, EFF2 dan EFF3. EFF1 adalah motor listrik yang paling efisien, paling sedikit memboroskan tenaga, sedangkan EFF3 sudah tidak boleh dipergunakan dalam lingkungan EU, sebab memboroskan bahan bakar di pembangkit listrik dan secara otomatis akan menimbulkan buangan karbon yang terbanyak, sehingga lebih mencemari lingkungan.
            Standar IEC yang berlaku adalah IEC 34-1, ini adalah sebuah standar yang mengatur rotating equipment bertenaga listrik. Ada banyak pabrik elektrik motor, tetapi hanya sebagian saja yang benar-benar mengikuti arahan IEC 34-1 dan juga mengikuti arahan level efisiensi dari EU. Banyak produsen elektrik motor yang tidak mengikuti standar IEC dan EU supaya produknya menjadi murah dan lebih banyak terjual, banyak negara berkembang manjdi pasar untuk produk ini, yang dalam jangka panjang memboroskan keuangan pemakai, sebab  tagihan  listrik yang semakin tinggi

Setiap tahunnya.

Lembaga yang mengatur dan menjamin level efisiensi ini adalah CEMEP, sebuah konsorsium di Eropa yang didirikan oleh pabrik-pabrik elektrik motor yang ternama, dengan tujuan untuk menyelamatkan lingkungan dengan mengurangi pencemaran karbon  secara global, karena banyak daya diboroskan dalam  pemakaian

Beban listrik. Sebagai contoh, dalam sebuah industri rata-rata konsumsi listrik untuk motor listrik adalah sekitar 65-70% dari total biaya listrik, jadi memakai elektrik motor yang efisien akan mengurangi biaya overhead produksi, sehingga menaikkan daya saing produk, apalagi dengan kenaikan tarif listrik setiap tahun, maka pemakaian motor listrik EFF1 sudah waktunya menjadi keharusan.

Dalam Penggunaannya, sebagian motor induksi tiga phasa memerlukan  pengereman seperti yang terdapat pada motor crane. Pengereman dilakukan agar motor berhenti sesuai dengan letak dan posisi yang kita inginkan. Ada banyak cara pengereman yang bisa dilakukan untuk memberhentikan motor, akan tetapi dalam laporan ini kami akan membahas tentang pengereman motor dengan menggunakaan Coil Brake DC.

Pengereman motor dengan menggunakaan Coil Brake DC digunakan untuk pemberhentian putaran rotor motor induksi dengan supply tegangan DC (direct current). Dimana tegangan AC diubah menjadi DC dengan menggunakan Rectifier sebagai supply Coil Brake.

Pada prinsipnya motor ini dalam keadaan normal atau tidak bertegangan maka coil break akan menahan rotor motor untuk tidak berputar sedangkan dalam keadaan bertegangan coil break akan melepas rotor motor untuk berputar.

Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (ac) yang paling Iuas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan anus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.

Belitan stator yang dihubungkan dengan satu sumber tegangan tiga fasa akanmenghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns=120f/2p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor,sehingga terinduksi arus, dan sesuai dengan hukum lentz, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putar relatif antara stator dan rotor disebut slip.

Bertambahnya beban akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi, bila beban motor bertambah, putaran rotor cendrung menurun. Dikenai dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan motor Induksi dengan rotor sangkar.

            Motor listrik arus bolak-balik diklasifikasikan dengan dasar prinsip pengoperasian sebagai motor asinkron (induksi) atau motor sinkron. Motor induksi adalah jenis motor dimana tidak ada tegangan eksternal yang diberikan pada rotornya, tetapi arus pada stator menginduksikan tegangan pada celah udara dan pada lilitan rotor untuk menghasilkan arus rotor dan medan magnet. Medan magnet stator dan rotor kemudian berinteraksi dan menyebabkan rotor motor berputar.

 Gambar 4. Motor Induksi

Motor listrik memiliki 2 komponen listrik utama yaitu:

a.       Rotor, motor induksi menggunakan 2 jenis rotor:

1.      Rotor sangkar tupai, terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slot paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.

2.      Rotor belitan, yang memiliki gulungan 3 fasa, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fasa digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.

b.      Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dan slots untuk membawa gulungan tiga fasa. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.

A. Klasifikasi Motor Induksi

a.       Motor induksi dapat diklsifikasikan menjadi dua kelompok utama, yaitu:

Motor induksi satu fasa. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fasa, meiliki sebuah motor sangkar tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4HP.

b.      Motor induksi tiga fasa. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fasa yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat berupa sangkar tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor sangkar tupai), dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini. Sebagai contoh pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik, dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 atau ratusan HP.

            Motor induksi tiga fasa membuat medan putar yang dapat menstart motor, motor satu fasa memerlukan alat pembantu starting. Pada saat motor induksi satu fasa berputar, motor membangkitkan medan magnet putar. Motor induksi satu fasa lebih besar ukurannya untuk HP yang sama dibandingkan dengan motor tiga fasa, motor satu fasa mengalami pembatasan pemakaian dimana daya tiga fasa tidak ada. Apabila berputar, torsi yang dihasilkan oleh motor satu fasa adalah berpulsa dan tidak teratur, yang mengakibatkan faktor daya dan efisiensi yang rendah dibandingkan dengan motor banyak fasa.

B. Prinsip Kerja Motor Induksi

Prinsip kerja dari motor induksi adalah sebagai berikut:

1.      Apabila sumber tegangan 3 fasa dipasang pada kumparan stator, maka akan timbul medan putar dengan kecepatan.^[3]

...…………………………………………………..…………..…. (8)

Dimana :

ns = kecepatan sinkron

f   = frekuensi sumber

p = jumlah kutup

2.      Akibatnya pada kumparan rotor timbul ggl induksi sebesar.^[3]

E_2S = 4,44 f₂N₂ɸ_m (untuk satu fasa) …………………………………..…….(9)

Dimana :

E = tegangan induksi ggl

f  = frekkuensi

N = banyak lilitan

Q = fluks

3.      Adanya arus (I) di dalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor.

4.      Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.

5.      Seperti telah dijelaskan pada (3) tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (n_s) dengan kecepatan berputar rotor (n_r).

Dimana :

n_s = kecepatan medan putar stator

n_r = kecepatan putar rotor.

6.      Perbedaan kecepatan antara n_r dan n_s disebut slip (S) dinyatakan dengan.^[3]

 …..…………………………………………………….…. (10)

Bila n_r = n_s  tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada Refrensi³ : Gramedia Pustaka Utama Jakarta, 1995 :

7.      kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan ditimbulkan apabila n_r lebih kecil dari n_s.

8.      Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga motor tak serempak atau asinkron.

C. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

            Untuk mempermudah penganalisaan dengan menggunakan rangkaian-rangakaian ekivalen, lebih dahulu ditinjau keadaan motor induksi dimana motor induksi sebagai satu transformator. Pentransferan energi dari stator ke rotor dari satu motor induksi adalah besaran induksi elektromagnetik, karenanya motor induksi dapat dianggap sebagai transformator dengan stator merupakan primer dan rotor sebagai rangkaian sekunder seperti yang terlihat pada gambar 2.2 di bawah ini:

Gambar 5. Rangkaian Motor Induksi

            Dalam diagram vektor gambar, V₁ adalah tegangan fasa stator; R₁ dan X₁ adalah tahanan stator dan reaktansi bocor pada lilitan fasa stator. Tegangan (V₁) menghasilkan fluks magnet, dimana primer (stator) dan dalam sekunder (rotor) timbul tegangan induksi Er (S.E₂). Tegangan terminal sekunder tidak ada sebab keseluruhan tegangan induksi E_r telah habis terpakai dalam rangkaian tertutup dari rotor, dengan demikian.^[3]

V₁ = E₁ + I₁ (R₁ + X₁) ……………………….…………………………..... (11)

Dimana :

V1 = tegangan fasa stator.

R₁  = tahanan stator

X₁ = reaktansi bocor pada lilitan fasa stator

Besarnya Er tergantung pada faktor transformasi tegangan antara stator dan rotor, dan juga tergantung pada slip. Seakan-akan seluruhnya tegangan Er diserap dalam impedansi rotor.^[3]

Er = I₂ . Z₂ .……………………………………………………………..……….… (12)

Atau Er = I₂ . ( R₂ + X₂ ) ………………………………………………….............. (13)

Dalam diagram vektor, Io adalah arus primer tanpa beban. Arus ini mempunyai dua komponen yaitu komponen rugi besi ( I_c ), yang menghasilkan rugi motor, arus magnetisasi ( I_m ) yang menghasilkan fluks magnet. Dengan demikian.^[3]

Io² = ( I_c )² + ( I_m )² ..……………………………………………………….……… (14)

Dimana :

Io = Arus Primer tanpa beban

I_c = Komponen rugu besi

I_{m =} Arus magnetisasi

Umumnya pada transformator, Io adalah kecil. Hal ini disebabkan reaktansi pada transformator rendah. Seperti halnya pada transformator, harga sekunder dapat ditransfer ke primer atau sebaliknya. Peralihan impedansi atau resistansi dari sekunder ke primer harus dikali dengan a², sedangkan arus dibagi dengan a. rangkaian ekivalen motor induksi dimana semua harga stator di transfer ke primer.

Gambar 6. Rangkaian Motor Induksi

Sedangkan rangkaian ekivalen motor induksi dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut:

Gambar 7. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

D. Kerugian Pada Motor Listrik

a.       Kerugian panas internal motor listrik Pada dasarnya setiap motor listrik yang beroperasi cenderung mengeluarkan panas. Panas ini timbul oleh karena adanya kerugian-kerugian daya yang dihasilkan motor listrik. Kerugian ini antara lain:

1.      Rugi-rugi inti, yaitu energi yang diperlukan untuk memagnetisasikan beban inti (histerisis) dan kerugian-kerugian karena timbulnya arus listrik yang kecil yang mengalir pada inti (arus eddy).

2.      Rugi-rugi tembaga, yaitu rugi-rugi panas (I²R) pada lilitan stator karena arus listrik (I) mengalir melalui penghantar kumparan dengan tahanan (R).

3.      Kerugian fluks bocor, yaitu akibat dari fluks bocor yang diinduksikan oleh arus beban bervariasi sebagai kuadrat arus beban.

4.      Kerugian angin dan gesekan, kerugian ini diakibatkan oleh gesekan angin dan bantalan terhadap putaran motor.

b.      Panas eksternal motor listrik Dalam melakukan tugas operasinya, motor listrik sebagai sumber tenaga mekanik untuk penggerak haruslah dilindungi terhadap gangguan-gangguan eksternal, yang dapat menimbulkan panas pada motor listrik saat beroperasi. Gangguan-gangguan eksternal itu antara lain:

1.      Gangguan mekanik, meliputi:

a.       Bantalan (bearing) yang sudah aus.

b.      Salah satu tegangan fasa terbuka akibat kontaktor yang rusak.

c.       Kumparan stator yang terhubung singkat.

2.      Gangguan fisik sekeliling, meliputi:

a.       Terjadi kerusakan akibat terbentur sesuatu sehingga terjadi perubahan fisik pada motor listrik.

b.      Suhu kamar dimana motor listrik tersebut dioperasikan.

c.       Pendinginan (kipas) motor yang tidak baik.

3.      Gangguan dalam operasi dari sistem keseluruhan

a.       Akibat pembebanan lebih.

b.      Akibat pengasutan motor listrik.

c.       Kenaikan suhu pada kumparan. Bila arus listrik (I) mengalir dalam rangkaian dengan tahanan (R) selama t detik, nilai kalorifik J (Joule) adalah.^[3]

J = I².R.t …… ….….......……………………………………………………..… (15)

Dimana :

J  = Joule

I  = Arus Listrik

R = Tahanan

t  = Detik

            Oleh karena itu, bila motor listrik dijalankan, suhu motor akan naik sebanding dengan waktu kerjanya sehingga jika motor beroperasi, kenaikan suhunya dapat diketahui dengan mengukur tahanan kumparan sebelum dan sesudah dioperasikan selama waktu tertentu dengan menggunakan persamaan.^[3]

                ……..…………………………………………………….. (16)

Dimana:

            Rc = Tahanan kumparan sebelum dioperasikan (Ohm)

            Rh = Tahanan kumparan setelah dioperasikan (Ohm)

            α = Koefisien temperatur tahanan dari tembaga (0,00428 Ohm/°C)

            t1 = Temperatur ruang awal (°C)

            t2 = Temperatur setelah beroperasi (°C)

E. Isolasi Motor Listrik

            Isolasi motor listrik diklasifikasikan dengan huruf sesuai dengan kemampuannya masing-masing terhadap suhu untuk bertahan tanpa penurunan yang serius dari alat isolasinya. Ukuran suhu kerja isolasi didasarkan pada suhu kamar 40° Celcius. Tabel 2.1 menunjukkan kenaikan suhu diatas suhu kamar untuk klas-klas isolasi.

            Dengan mempertimbangkan bahwa air mendidih pada 100° Celcius dan suhu di bawahnya dimana motor yang bekerja dapat mentolerir, meskipun sebagian besar tidak akan terbakar atau meleleh jika batas ini dilampaui, maka umur pemakaian isolasi akan sangat berkurang. Jenis isolasi motor yang paling umum digunakan adalah klas B.

Tabel 1. Klasifikasi Isolasi Motor

Jenis Motor	Isolasi
	Klas B	Klas F	Klas H
Motor tanpa SF. Kenaikan suhu pada beban yang dirancang.	80°C	105°C	125°C
Motor dengan SF 1,15. Kenaikan suhu pada 115% beban.	90°C	115°C	135°C

2.4 Motor Induksi Tiga Phasa

Motor-motor pada dasarnya digunakan sebagai sumber beban untuk menjalankan alat-alat tertentu atau membantu manusia dalam menjalankan pekejaannya sehari-hari, terutama dalam bidang perindustrian.

            Umumnya motor listrik yang digunakan dalam perindustrian terbagi atas dua jenis, yaitu Motor DC (Direct Current) dan Motor AC (Alternating Current). Motor AC terdiri dari motor sinkron dan motor asinkron (motor induksi).

Karakteristik dari motor DC, yaitu :

a.       Torsi tinggi pada kecepatan rendah

b.      Kemampuan pada beban lebih lebih baik

c.       Lebih mahal dibandingkan dengan motor AC

d.      Pada daya yang sama ukuran fisik lebih besar dari pada motor AC

e.       Memerlukan perawatan dan perbaikan lebih rutin

Karakteristik dari motor induksi, yaitu :

a.       Kecepatan konstan

b.      Lebih murah dibandingkan motor DC

c.       Arah putaran dapat dibalik dengan menukarkan dua dari tiga line daya utama pada motor.

d.      Sederhana, kuat, dan konstruksinya kuat

            Pada Tugas Akhir ini memilih menggunakan motor induksi AC karena motor ini paling banyak digunakan pada industri, sederhana, kuat, dan murah.

Motor induksi AC dapat bekerja pada sistcm tegangan suplai satu phasa maupun sistem tegangan suplai tiga phasa. Daya motor induksi satu phasa kurang dari 3 HP dan biasanya digunakan pada lokasi dimana tidak terdapat tegangan suplai tiga phasa. Selain itu pada daya yang sama ukuran fisik dari motor satu phasa lebih besar dibandingkan dengan motor tiga phasa.

Sedangkan daya motor induksi tiga phasa dapat lebih dari beberapa ribu HP, ukuran fisiknya lebih kecil daripada yang satu phasa, dan umumnya yang digunakan adalah daya kurang dari 50 HP.

Tugas Akhir ini menggunakan motor induksi tiga phasa karena mempergunakan tegangan suplai tiga phasa dari PLN.

            Berdasarkan rotor dari motor induksi terdapt dua jenis motor, yaitu motor sangkar bajing (squirrel-cage motor) dan motor rotor-lilitan (woundrotor induction motor). Yang dipergunakan dalam Tugas Akhir ini adalah motor sangkar bajing karena murah, mudah perawatannya, sederhana, kuat, dan keandalannya tinggi.

A. Pinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Sebuah motor induksi tiga fasa memiliki konstruksi yang hampir sama dengan motor listrik jenis lainnya. Pada dasarnya terdiri atas dua bagian, yaitu stator, adalah bagian dari motor yang tidak bergerak (tidak berputar) dan rotor, bagian dari motor yang bergerak. Rotor letaknya terpisahkan  dari   stator  dengan  adanya  celah  udara (gap) yang besarnya dari 0,4 mm sampai 4 mm, tergantung pada daya motor tersebut.

Gambar 8. Potongan motor induksi

1.      Stator

            Stator adalah bagian dari motor yang tidak bergerak (tidak berputar) dan terdiri dari beberapa bagian. Penampang dari stator motor induksi sangkar bajing.

Gambar 9. Stator Motor Induksi

            Inti stator lapis-lapis plat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau plat baja yang dipabrikasi. Lilitan lilitan diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120". Lilitan phasa ini bisa tersambung delta (A ) ataupun star (Y).

2.      Rotor

            Berdasarkan jenis rotor nya, motor induksi tiga fasa dapat dibedakan menjadi dua jenis, yang juga akan menjadi penamaan untuk motor tersebut, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor sangkar tupai (squirrel cage rotor).

Jenis rotor belitan terdiri dari satu set lengkap belitan tiga fasa yang merupakan bayangan dari belitan pada statornya. Belitan tiga fasa pada rotor belitan biasanya terhubung Y, dan masing-masing ujung dari tiga kawat belitan fasa rotor tersebut dihubungkan pada slip ring yang terdapat pada poros rotor. Belitan-belitan rotor ini kemudian dihubung singkatkan melalui sikat (brush) yang menempel pada slip ring , dengan menggunakan sebuah perpanjangan kawat untuk tahanan luar.

Gambar 10. Tampilan Close-Up Bagian Slip Ring Rotor Belitan

Gambar 11. Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan

Gambar 12.  Skematik Diagram Motor Induksi Rotor Belitan

            Dari gambar dapat dilihat bahwa semata-mata keberadaan slip ring dan sikat hanyalah sebagai penghubung belitan rotor ke tahanan luar (exsternal resistance). Keberadaan tahanan luar disini berfungsi pada saat pengasutan yang berguna untuk membatasi arus mula yang besar. Tahanan luar ini kemudian secara perlahan dikurangi sampai resistansinya nol sebagaimana kecepatan motor bertambah mencapai kecepatan nominalnya. Ketika motor telah mencapai kecepatan nominalnya, maka tiga buah sikat akan terhubung singkat tanpa tahanan luar sehingga rotor belitan akan bekerja seperti halnya rotor sangkar tupai.

            Rotor sangkar mempunyai kumparan yang terdiri atas beberapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai sangkar tupai. Rotor terdiri dari tumpukan lempengan besi tipis yang dilaminasi dan batang konduktor yang mengitarinya. Tumpukan besi yang dilaminasi disatukan untuk membentuk inti rotor. Alumunium (sebagai batang konduktor) dimasukan ke dalam slot dari inti rotor untuk membentuk serangkaian konduktor yang mengelilingi inti rotor. Rotor yang terdiri dari sederetan batang-batang konduktor yang terletak pada alur-alur sekitar permukaan rotor, ujung-ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan cincin hubung singkat (shorting ring) atau disebut juga dengan end ring.

                            Gambar 13. Rotor Sangkar Tupai dan Bagian-bagiannya

Gambar 14. Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai

B. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Pada saat terminal tiga fasa stator motor induksi diberi suplai tegangan tiga fasa seimbang, maka akan mengalir arus pada konduktor di tiap belitan fasa stator dan akan menghasilkan fluksi bolak-balik . Amplitudo fluksi per fasa yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan menghasilkan fluks resultan (medan putar) dengan magnitung yang nilainya konstan yang berputar dengan kecepatan sinkron.^[3]

ns = 120 f/p ………………………………………………………………….…… (17)

dimana,

ns = kecepatan sinkron/medan putar (rpm)

  f = frekuensi sumber daya (Hz)

  p = jumlah kutub motor induksi

Medan putar akan terinduksi melalui celah udara menghasilkan ggl induksi (ggl lawan) pada belitan fasa stator. Medan putar tersebut juga akan memotong

konduktor-konduktor belitan rotor yang diam. Hal ini terjadi karena adanya perbedaan relatif antara kecepatan fluksi yang berputar dengan konduktor rotor yang diam, yang disebut juga dengan slip (s).^[3]

 ……………………………………………………………..……………(18)

Akibat adanya slip, maka ggl (gaya gerak listrik) akan terinduksi pada konduktor-konduktor rotor.

Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung (end ring) ataupun tahanan luar, maka arus akan mengalir pada konduktor-konduktor rotor. Karena konduktor-konduktor rotor yang mengalirkan arus ditempatkan di dalam daerah medan magnet yang dihasilkan stator, maka akan terbentuklah gaya mekanik (gaya lorentz) pada konduktor-konduktor rotor. Hal ini sesuai dengan hukum gaya lorentz yaitu bila suatu konduktor yang dialiri arus berada dalam suatu kawasan medan magnet, maka konduktor tersebut akan mendapat gaya elektromagnetik (gaya lorentz) sebesar.^[3]

F = B.i.l.sin θ ………………………………………………………………………(19)

dimana,

F = gaya yang bekerja pada konduktor (Newton)

B = kerapatan fluks magnetik (Wb/m2)

i = besar arus pada konduktor (A)

l = panjang konduktor (m)

θ = sudut antara konduktor dan vektor kerapatan fluks magnetik

Gaya F ini adalah hal yang sangat penting karena merupakan dasar dari bekerjanya suatu motor listrik.

Arah dari gaya elektromagnetik tersebut dapat dijelaskan oleh kaidah tangan kanan (right-hand rule). Kaidah tangan kanan menyatakan, jika jari telunjuk menyatakan arah dari vektor arus i dan jari tengah menyatakan arah dari vektor kerapatan fluks B, maka ibu jari akan menyatakan arah gaya F yang bekerja pada konduktor tersebut.

Gambar 15. Kaidah Tangan Kanan (Right Hand Rule)

Gaya F yang dihasilkan pada konduktor-konduktor rotor tersebut akan menghasilkan torsi (τ). Bila torsi mula yang dihasilkan pada rotor lebih besar daripada torsi beban (τ0 > τb), maka rotor akan berputar searah dengan putaran medan putar stator.

Seperti yang telah disebutkan di atas, motor akan tetap berputar bila kecepatan medan putar lebih besar dari pada kecepatan putaran rotor (ns > nr). Apabila ns = nr, maka tidak ada perbedaan relatif antara kecepatan medan putar (ns) dengan putaran rotor (nr), atau dengan kata lain slip (s) adalah nol. Hal ini menyebabkan tidak adanya ggl terinduksi pada kumparan rotor sehingga tidak ada arus yang mengalir, dengan demikian tidak akan dihasilkan gaya yang dapat menghasilkan kopel untuk memutar rotor.

C. Daya Motor

Daya motor merupakan salah satu parameter dalam menentukan performa motor. Pengertian dari daya itu adalah besarnya kerja motor selama kurun waktu tertentu. Sebagai satuan daya dipilih watt.

Untuk menghitung besarnya daya motor 3 Phase digunakan rumus.

Rumus penghitung arus beban listrik 3 Phase.^[4]

I=P/(Vx akar3 x COS Q)…………………………………………………….……..(20)

I : arus (ampere)

P : Daya (watt)

BAB III

METODE PERHITUNGAN

3.1 Langkah-Langkah Perencanaan

Mulai

Motor Penggerak

Analisa dan         Pembahasan                                                        qqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq

Kesimpulan dan saran

Selesai

Perhitungan

Poros Motor

Daya Motor

Hasil perhitungan

Alat Uji Tarik Kapasitas 20 Ton

Torsi Motor

 

Gambar 16. Diagram alir Penelitian

3.2 Prinsip Kerja Motor Penggerak

Pada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnet. Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

Gambar 17. Motor Penggerak Induksi 1 Phase

            Pada  analisa motor penggerak alat uji tarik kapasitas 20 ton, dilakukan di Laboratorium Universitas Pamulang memerlukan daya motor sebagai berikut :

MODEL Electro Motor

Daya                : 3 HP / 2.2 kW

Phase               : 1

Frekuensi         : 50 Hz

Pole                 : 4

Voltase            : AC 220 / 380 V

Ampere           : 9,3

Rpm                : 1430 rpm

Berat               : 30 kg

Gambar 18.  Spesifikasi Daya Motor

Gambar 19. Alat Uji Tarik

BAB IV

HASIL PERHITUNGAN DAN ANALISA

4.1  Perhitungan Poros

Diketahui sebuah poros meneruskan daya 2,6 (kW) pada putaran 1430 (rpm) dengan beban 20.000 kg/mm². Maka:

a.      Daya Rencana (P_d)

P_d = f_c . P

 = 1 x 2,6

 = 2,6 (kW)

b.      Diameter Poros (d_s)

d_s=

    =

    = 31 mm

Diketahui beban yang ditopang oleh poros (w) = 20.000 kg dan diameter poros (d_s) = 31 mm.

c.       Faktor Keamanan

F.K =

       =

       = 0,895 kg/mm²

d.      Beban Maksimum Yang Mampu Ditopang Oleh Poros

M_t = 20.000 kg  0,050 m

     = 20.000 kg.m

Jadi beban maksimum yang dapat ditopang oleh poros adalah sebesar = 20.000 kg.m

4.2 Menghitung daya motor ketika diketahui arus, tegangan, dan faktor

      daya.

P = √3 .V. I . cos φ           

I =

Daya motor induksi 1 phasa yang memiliki arus 13,9 A dengan tegangan 220 V dan faktor daya/ cos φ 0,93.

P = √3 .V. I . cos φ 

P = 1,0 . 220 . 13,9 . 0,93 = 2,8 kW.

Dimana :

1 watt = 1 volt X 1 ampere.

746 watts = 1 horse power.

berarti 1 watt = 1/746 horse power.

4.3 Menghitung daya output motor

P output =  √3 .V. I . eff . cos φ

Daya output motor jika diketahui seperti data diatas dengan efisiensi motor 90 %. 

P output = √3 .V. I . eff . cos φ 

   = 1,0. 288 . 9,5 . 0,9 . 0,93

   = 2,6 kW

4.4 Menghitung efisiensi daya motor

ᶯ =

Daya input motor 2,6 kW dan daya output 2,2 kW. Hitung efisiensi daya pada motor tersebut.

ᶯ = (P out / P)x 100%

 = (2600/2200)x 100%  

 = 90 %

4.5 Menghitung torsi motor jika diketahui daya motor dan kecepatan motor.

Hubungan antara horse power, torsi dan kecepatan.

HP =

Dimana :

T = Torsi motor (dalam lb ft)

n = Kecepata putar Motor (rpm)

HP = Daya kuda Motor (HP= 746 Watt)

5250 = Konstan

Torsi motor 3,6 HP. Dengan kecepatan 1430 rpm.

T = (5250 . HP)/n  = (5250 . 3,6)/ 1430 = 13 Nm

4.6 Analisa

a.       Poros

Bila momen puntir T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros d_s (mm) maka tegangan geser (kg/mm2) yang terjadi, maka ;

d_s=

     =

     = 31 mm

b.      Daya

Pada Mesin Uji Tarik kapasitas 20 ton ini menggunakan motor penggerak dengan daya 3 Hp dan putaran motornya 1430 rpm. Untuk mengubah suatu daya dari Hp ke dalam kW maka dikalikan 0,746            kW, karena 1 Hp = 0,746 kW, maka :

P = 3 x Hp

   = 3 x 0,746

   = 2,238 Kw

c.       Torsi

Dari analisa yang telah dilakukan diketahui bahwa torsi akan meningkat hampir linear hingga putaran 1430 rpm, dengan torsi maksimum 13,216 Nm. Peningkatan putaran menyebabkan turunnya torsi secara linear. Untuk keperluan-keperluan yang membutuhkan torsi besar, maka motor harus dioperasikan pada putaran di sekitar 1430 rpm.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisis dan perhitungan yang telah dilakukan dapat diperoleh sebagai berikut :

1.      Poros

Diameter Poros (d_s)

 = 31 mm

2.      Torsi Motor.

T = 13 Nm

3.      Daya Motor

P = 2,8 kW.

5.2 Saran

Terdapat beberapa saran dalam Analisa ini diantaranya :

1.      Alat yang digunakan dalam Analis harus dalam kondisi baik.

2.      Motor Penggerak pada Alat Uji Tarik yang ada di Lab Kampus harus di rawat, supaya nantinya bisa untuk diteruskan kepada Junior kita untuk melakukan Analisa maupun menguji benda kerja.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Sularso Dan Kiyotsu Suga, 2004, “Dasar Perancangan Dan Pemilihan Elemen

        Mesin”, Cetakan Kesebelas, Pt Pradnya Paramita, Jakarta

[2]   Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. PT. Gramedia Pustaka

        Utama Jakarta, 1995.

[3]   Hamzah Berahim, Ir. Pengantar Teknik Tenaga Lisrtrik, Yogyakarta, Andi

        Offset, 1991.

[4]   G. Nieman, Anton Budiman dan Bambang Priamboco, “Elemen Mesin Jilid I”,

        Erlangga, Jakarta 1999.

[5]   DRS. SUMANTO, M.A, Motor listrik arus bolak-balik, Andi offset Yogyakarta,

        Edisipertama, 1993.