Diktat Kuliah Elemen Mesin II

Elemen Mesin II merupakan lanjutan dari Elemen Mesin I yang membahas tentang elemen mesin pemindah daya (power transmision), diantara yang dibahas disini adalah, Elemen Mesin Roda Gigi, Kopling, Rantai (chains), Sabuk (belt).
Berikut bagan dari elemen mesin II yang akan dipelajari :

Berikut saya lampirkan Diktat Kuliah Elemen Mesin II :
http://www.ziddu.com/download/16572911/DiktatElemenMesinII.pdf.html

Panas Jenis dan Berat Jenis Udara

•       Berat Jenis Udara

Berat jenis gas (termasuk udara) dapat bervariasi tergantung pada tekanan dan temperaturnya. Karena itu untuk menyatakan berat jenis suatu gas harus disebutkan  pula tekanan dan temperaturnya. Berdasarkan kutipan yang penulis ambil bahwa dalam prakteknya ada dua macam kondisi seperti dibawah ini.

1.                  Kondisi standar  industri

Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan sebagai berikut:

Temperatur : 20⁰C (293⁰K)

Tekanan mutlak : 760 mmHg (0,1013MPa)

Kelembaban Relative: 65%

Berat Jenis: 1,204 kgf/m³(11,807 N/m³)

Kondisi  industri ini sering dipakai untuk menyatakan kondisi isap pada kompresor.

2.                  Kondisi normal teoritis

Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan sebagai berikut:

Temperatur: 0⁰C (273⁰K)

Tekanan Mutlak: 760 mmHg (0,1013 MPa)

Berat Jenis: 1,293 kgf/m³(12,68 N/m³)

•       Panas Jenis Udara

Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 kg suatu zat sebesar 1⁰C disebut panas jenis. Adapun jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suatu benda atau zat secara menyeluruh sebesar 1⁰C disebut kapasitas termal benda atau zat tersebut.

Satuan jumlah panas yang dipakai adalah kilo calori (disingkat kcal), dimana 1 kilo calori sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 kg air sebesar 1⁰C, maka satuan panas jenis menjadi kcal/kg⁰C) dalam system SI, sebagai satuan panas dipakai kilo joule (disingkat kJ) dimana 1 kJ = 0,2389 kcal atau 1 kcal = 4,186 kJ.

Panas jenis tergantung pada macam bahan seperti  diuraikan dibawah ini :

Panas jenis suatu gas juga didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur  1 gram gas tersebut sebesar 1⁰C, seperti pada zat-zat yang lain.Namun untuk gas ada dua macam  panas jenis , yaitu: panas jenis pada tekanan tetap dan panas jenis pada volume tetap.

a)      Panas jenis pada tekanan tetap.

Jika suatu gas dipanaskan atau didinginkan pada tekanan tetap, maka volumenya akan membesar atau mengecil  lebih banyak dari pada zat cair atau zat padat. 1 kg gas yang ditempatkan dalam silinder dengan torak yang dapat bergerak tanpa gesekan. Jika silinder dipanaskan  maka gas akan mengembang  mendorong torak ke atas sehingga tekanan di dalam silinder tidak berubah. Dalam  hal demikian jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas tersebut sebesar 1⁰C disebut panas jenis pada tekanan tetap. Panas jenis ini biasanya diberi lambang C_p, dimana untuk udara C_p = 0,24 kcal/(kg⁰C) = 1,005 kJ/(kg⁰C)

b)     Panas jenis pada volume tetap 
      Jika 1 kg gas ditempatkan di dalam sebuah bejana tertutup lalu dipanaskan tanpa dapat berkembang maka tekanan dan temperaturnya akan naik. Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas ini sebesar 1⁰C dalam keadaan demikian disebut panas jenis pada volume tetap. Panas jenis ini biasaanya diberi lambang C_v, dimana untuk udara C_v = 0,17 kcal/ (kg⁰C) = 0,712 kJ/kg⁰C

c)      Rasio panas  jenis

Jika kedua panas jenis tersebut diatas diperbandingkan terlihat bahwa panas jenis pada tekanan tetap harganya lebih besar daripada panas jenis volume tetap. Hal ini terjadi karena, selain dipakai untuk menaikkan temperatur , sebagian panas yang diberikan dalam pemanasan pada tekanan tetap dipakai juga untuk melakukan kerja pada waktu gas mengembang.

Perbandingan antara panas jenis pada tekanan tetap dan panas jenis pada volume tetap. Biasa disebut rasio panas jenis yang diberi lambing k. jadi k = C_p/C_v, dimana untuk udara kering k=1,401. Rasio ini mempunyai peranan penting dalam perhitungan kompresi gas.

Rumus	Nama Gas	Jumlah	Panas Jenis pada	Panas Jenis pada	Perbandingan Panas
Molekul		Atom	Tekanan tetap	Volume Tetap	Jenis
Ar	Argon	1	0,1233	0,0746	1,667
He	Helium	1	1,2425	0,746	1,666
-	Udara	2	0,24	0,17	1,401
H2	Hidrogen	2	3,402	2,402	1,408
N2	Nitrogen	2	0,2350	0,175	1,41
O2	Oksigen	2	0,2419	0,173	1,40
H2O	Uap air	3	0,4765	0,340	1,305
CO2	Karbon dioksida	3	0,211	0,163	1,30
C2H2	Asetilen	4	0,402	0,323	1,24
C2H5OH	Alkohol	9	0,435	0,400	1,13

Tabel 2.2 Nilai k, Cp, dan Cv untuk macam gas ⁽⁷⁾

(Sumber : 1. Sularso. Pompa dan Kompresor., Pradnya Paramitha, 1994.

2. Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga)

Bahan Kuliah Penukar Panas (Heat exchanger)

Penukar Panas (Heat exchanger) merupakan peralatan yang di gunakan untuk memindahkan panas antara dua atau lebih fluida. Banyak jenis heat exchanger digunakan dalam pusat pembangkit tenaga, unit pendingin, unit pengkondisian udara, proses industri, sistem turbin gas dan lainnya. Dalam heat exchanger  tidak terjadi pencampuran sepertinya halnya dalam suatu mixing chamber. Dalam radiator mobil misalnya, panas berpindah dari air yang panas mengalir dalam pipa radiator ke udara yang mengalir dengan mabtuan fan.

Menurut changel (1997), hampir pada semua heat exchanger, berpindah pada panas di dominasi oleh konvesi dan konduksi dari fluida panas ke fluida dingin, di mana keduanya di pisahkan oleh dinding. Perpindahan panas secara konveksi sangat di pengaruhi oleh bentuk geometri heat exchanger dan tiga bilangan tak berdimensi, yaitu bilangan Reynolds, bilangan Nusselt dan bilangan Prandtl.
Berikut link mengenai bahan kuliah Penukar Panas (Heat Exchanger) :
http://www.ziddu.com/download/16511446/BahanKuliahPenukarPanasHeatExchanger.pdf.html

Sistem Transmisi Kendaraan

Sistem transmisi dalam otomotifadalah sistem yang berfungsi untuk konversi torsidan kecepatan(putaran) dari mesin menjadi torsi dan kecepatan yang berbeda-beda untuk diteruskan ke penggerak akhir. Konversi ini mengubah kecepatan putar yang tinggi menjadi lebih rendah tetapi lebih bertenaga, atau sebaliknya.

Contoh transmisi 5-kecepatan pada rpm mesin 4.400
Gir nomor	Rasio gir	RPM pada poros keluar transmisi
1	3.769	1.167
2	2.049	2.147
3	1.457	3.020
4	1.000	4.400
5	0.838	5.251

Torsi tertinggi suatu mesin umumnya terjadi pada sekitar pertengahan dari batas putaran mesin yang diijinkan, sedangkan kendaraan memerlukan torsi tertinggi pada saat mulai bergerak. Selain itu, kendaraan yang berjalan pada jalan yang mendaki memerlukan torsi yang lebih tinggi dibandingkan mobil yang berjalan pada jalan yang mendatar. Kendaraan yang berjalan dengan kecepatan rendah memerlukan torsi yang lebih tinggi dibandingkan kecepatan tinggi. Dengan kondisi operasi yang berbeda-beda tersebut maka diperlukan sistem transmisi agar kebutuhan tenaga dapat dipenuhi oleh mesin.

Tipe

1.      Transmisi manual.

Transmisi manual adalah sistem transmisi otomotifyang memerlukan pengemudi sendiri untuk menekan/menarik seperti pada sepeda motoratau menginjak koplingseperti pada mobildan menukar gigi percepatan secara manual. Gigi percepatan dirangkai di dalam kotak gigi/gerbox untuk beberapa kecepatan, biasanya berkisar antara 3 gigi percepatan maju sampai dengan 6 gigi percepatan maju ditambah dengan 1 gigi mundur (R). Gigi percepatan yang digunakan tergantung kepada kecepatankendaraanpada kecepatan rendah atau menanjak digunakan gigi percepatan 1 dan seterusnya kalau kecepatan semakin tinggi, demikian pula sebaliknya kalau mengurangi kecepatan gigi percepatan diturunkan, pengereman dapat dibantu dengan penurunan gigi percepatan.

Synchromesh

Synchromesh adalah perlengkapan transmisi yang berfungsi untuk menyamakan putaran antar gigi yang akan di-sambung sehingga perpindahan gigi percepatan dapat dilakukan secara mulus. Cara kerjanya saat handel transmisi pada posisi netral, maka synchromesh berada ditengah tidak berpengaruh atau dipengaruhi oleh kedua roda gigi yang ada disampingnya

2.      Transmisi otomatis.

Transmisi otomatis

Transmisi otomatisadalah transmisi yang melakukan perpindahan gigi percepatan secara otomatis. Untuk mengubah tingkat kecepatan pada sistem transmisi otomatis ini digunakan mekanisme gesek dan tekanan minyak transmisi otomatis. Pada transmisi otomatis roda gigi planetari berfungsi untuk mengubah tingkat kecepatan dan torsi seperti halnya pada roda gigi pada transmisi manual.
Kecendenderungan masyarakat untuk menggunakan transmisi otomatis semakin meningkat dalam beberapa tahun belakangan ini, khususnya untuk mobil-mobil mewah, bahkan type-type tertentu sudah seluruhnya menggunakan transmisi otomatis. Kenderungan yang sama terjadi juga pada sepeda motor seperti Yamaha Mio, Honda Vario.

Moda transmisi otomatik

Transmisi otomatik dikendalikan dengan hanya menggerakkan tuas percepatan ke posisi tertentu. Posisi tuas transmisi otomatik disusun mengikut format P-R-N-D-3-2-L, sama ada dari kiri ke kanan ataupun dari atas ke bawah. Mesin hanya bisa dihidupkan pada posisi P ataupun N saja.

3.      Transmisi semi-otomatis

Transmisi semi-otomatis merupakan tranmisi yang perpindahan gigi percepatannya tanpa menginjak/menekan kopling, sistem ini menggunakan sensor elektronik, prosesordan aktuatoruntuk memindahkan gigi percepatan atas perintah pengemudi. Sistem ini dikembangkan untuk mengantisipasi kemacetan lalu lintasdidaerah perkotaan. Transmisi semi otomatis juga digunakan pada mobil-mobil sport mewah seperti digunakan Porsche, Maserati, Ferrariyang kadang-kadang ditempatkan pada setir untuk mempermudah perpindahan gigi percepatan.

(Sumber ; wikipedia)

Kapasitas Mesin

Kapasitas mesin adalah volume dari semua piston di dalam silinder mesin pembakaran dalam, yang diukur dari satu pergerakan maksimum dari atas ke bawah. Biasanya dinyatakan dengan menggunakan satuan sentimeter kubik (cc), liter (l), atau inchi kubik (CID) di pasar Amerika Utara. Kapasitas mesin tidak termasuk dengan total volume dari ruang pembakaran.

Cara Menghitung Kapasitas Mesin

Kapasitas mesin dapat diketahui dari diameter dan langkah dari sebuah silinder mesin.

Isi silinder = Pi/4 x d²x langkah x jumlah silinder

Contoh: Mesin Chevrolet 427 memiliki diameter 4,312 inchi, dan langkah 3.65 inchi, maka mesin 8 silinder ini memiliki kapasitas mesin:

3.1416/4 * 4.312²* 3.65 * 8 = 426.4 CID (inchi kubik).

Jika diameternya 10 cm dan langkahnya 5 cm dengan 4 silinder, maka kapasitas mesinnya:

3.1416/4 * 10² * 5 * 4 = 1570 cm³ ≈ 1.6L (liter). 

(Sumber : wikipedia)

Sistem Pengukuran Teknik

Pengukuran ( measurement )

Pengukuran adalah serangkaian kegiatan yang bertujuan untuk menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka (kwantitatif). Jadi mengukur adalah suatu proses mengaitkan angka secara empirik dan obyektif pada sifat-sifat obyek atau kejadian nyata sehingga angka yang diperoleh tersebut dapat memberikan gambaran yang jelas mengenai obyekatau kejadian yang diukur.

Pengukuran (measurement)

Kegiatan mengukur dapat diartikan sebagai proses perbandingan suatu obyek terhadap standar yang relevan dengan mengikuti peraturan-peraturan terkait dengan tujuan untuk dapat memberikan gambaran yang jelas tentang obyek ukurnya.

Dengan melakukan proses pengukuran dapat:

·      Membuat gambaran melalui karakteristik suatu obyek atau prosesnya.

·      Mengadakan komunikasi antar perancang, pelaksana pembuatan, penguji mutu dan berbagai pihak yang terkait lainnya.

·      Memperkirakan hal-hal yang akan terjadi

·      Melakukan pengendalian agar sesuatu yang akan terjadi dapat sesuai dengan harapan perancang.

Bahan Kuliah lengkap mengenai sistem pengukuran teknik dapat dowload disini :

  http://www.ziddu.com/download/16469103/SistemPengukuranTeknik.pdf.html

Contoh Perancangan Roda Gigi Lurus

Rodagigi lurus digunakan untuk poros yang sejajar atau paralel. Dibandingkan dengan jenis rodagigi yang lain rodagigi lurus ini paling mudah dalam proses pengerjaannya (machining) sehingga harganya lebih murah. Rodagigi lurus ini cocok digunakan pada sistim transmisi yang gaya kelilingnya besar, karena tidak menimbulkan gaya aksial.

Ciri-ciri rodagigi lurus adalah :

1.         Daya yang ditransmisikan < 25.000 Hp

2.         Putaran yang ditransmisikan < 100.000 rpm

3.         Kecepatan keliling < 200 m/s

4.         Rasio kecepatan yang digunakan

§         Untuk 1 tingkat ( i ) < 8

§         Untuk 2 tingkat ( i ) < 45

§         Untuk 3 tingkat ( i ) < 200

                 ( i )   = Perbandingan kecepatan antara penggerak dengan  yang digerakkan

5.         Efisiensi keseluruhan untuk masing-masing tingkat 96% - 99% tergantung disain dan ukuran.

Berikut contoh dari perancangan roda gigi lurus, Silahkan download disini : 

  http://www.ziddu.com/download/16379842/Perancanganrodagigilurus.pdf.html

(Sumber : Ismail Muchsin, ST, MT. UMB)