DASAR MESIN LISTRIK
Dimana motor digunakan
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi 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 angin) dan di industri.Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.
Bagaimana sebuah motor bekerja
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar 1):
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 torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan
kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
Komponen motor listrik bervariasi untuk berbagai jenis motor, dalam bab 2 dijelaskan
untuk masing-masing motor.
Gambar 1. Prinsip Dasar dari Kerja Motor Listrik.
2. JENIS MOTOR LISTRIK
Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan motor. Dafar para pemasok motor listrik.
Gambar 3 memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.
Gambar 2. Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik
2.1 Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan.
Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis
magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi
untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan
berikut:
Gaya elektromagnetik: E = KFN
Torque: T = KFIa
Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
F = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
2.1.1 Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited
Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.
2.1.2 Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri
dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
2.1.3 Motor DC daya sendiri: motor seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):
Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).
2.1.4 Motor DC Kompon/Gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon,
gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase
penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin
tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh,
penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek,sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok.
Gambar 6: Karakteristik Motor Kompon DC
2.2 Motor AC
Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan daalam Gambar 7. Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.
Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).
2.2.1 Motor sinkron
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
Gambar 7. Motor Sinkron
(Integrated Publishing, 2003)
Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):
Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.
Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:
Ns = 120 f / P
Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub
2.2.2 Motor induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan
industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.
a. Komponen
Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.
Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat
Gambar 8. Motor Induksi (Automated Buildings)
c. Klasifikasi motor induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama.
Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang 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 hingga ratusan Hp.
d. Kecepatan motor induksi
Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan
medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar.
Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron
namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/ slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran:
% Slip = Ns – Nb x 100
Ns
Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM
e. Hubungan antara beban, kecepatan dan torque
Gambar 9 menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor:
Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang rendah (“pull-up torque”).
Mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan arus mulai turun.
Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan stator turun ke nol.
Gambar 9. Grafik Torque-Kecepatan Motor Induksi AC 3-Fase
MOTOR INDUKSI
1. PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK
Dimana motor digunakan..?. Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi 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 angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar 1): 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 torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
2. JENIS – JENIS MOTOR LISTRIK
Dalam dunia penggerak atau daya dewasa ini motor listrik sangat berperan penting, dan menjadi keperluan yang mendasar. Disamping karena tidak terlalu memakan tempat yang lebar. Juga tidak berisik pada saat dioperasikan.
Berikut pengelompokan motor listrik ;
3. N UTAMA MOTOR LISTRIK SINKRON
Namun dalam pembahasan ini penulis akan mengulas tentang motor listrik sinkron AC. Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu.
Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):
a. Rotor.
Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet.
Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
b. Stator.
Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):
Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub
4. KARAKTERISTIK MOTOR SINKRON
Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu. Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95% kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.
Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban (no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis (gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .
Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari sinkronisasi , maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.
5. MOTOR INDUKSI 3 FASE
Motor induksi tiga fasa merupakan motor elektrik yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Salah satu kelemahan motor induksi yaitu memiliki beberapa karakteristik parameter yang tidak linier, terutama resistansi rotor yang memiliki nilai yang bervariasi untuk kondisi operasi yang berbeda, sehingga tidak dapat mempertahankan kecepatannya secara konstan bila terjadi perubahan beban. Oleh karena itu untuk mendapatkan kecepatan yang konstan dan peformansi sistem yang lebih baik terhadap perubahan beban dibutuhkan suatu pengontrol
Motor induksi 3 fasa adalah alat penggerak yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Hal ini dikarenakan motor induksi mempunyai konstruksi yang sederhana, kokoh, harganya relatif murah, serta perawatannya yang mudah, sehingga motor induksi mulai menggeser penggunaan motor DC pada industri. Motor induksi memiliki beberapa parameter yang bersifat non-linier, terutama resistansi rotor, yang memiliki nilai bervariasi untuk kondisi operasi yang berbeda. Hal ini yang menyebabkan pengaturan pada motor induksi lebih rumit dibandingkan dengan motor DC.
Salah satu kelemahan dari motor induksi adalah tidak mampu mempertahankan kecepatannya dengan konstan bila terjadi perubahan beban. Apabila terjadi perubahan beban maka kecepatan motor induksi akan menurun. Untuk mendapatkan kecepatan konstan serta memperbaiki kinerja motor induksi terhadap perubahan beban, maka dibutuhkan suatu pengontrol. Penggunaan motor induksi tiga fasa di beberapa industri membutuhkan performansi yang tinggi dari motor induksi untuk dapat mempertahankan kecepatannya walaupun terjadi perubahan beban. Salah satu contoh aplikasi motor induksi yaitu pada industri kertas. Pada industri kertas ini untuk menghasilkan produk dengan kualitas yang baik, dimana ketebalan kertas yang dihasilkan dapat merata membutuhkan ketelitian dan kecepatan yang konstan dari motor penggeraknya, sedangkan pada motor induksi yang digunakan dapat terjadi perubahan beban yang besar.
Beberapa penelitian pengaturan kecepatan motor induksi yang telah dilakukan antara lain oleh Brian heber, Longya Xu dan Yifan tang (1997) menggunakan kontroller logika fuzzy untuk memperbaiki performansi kontroller PID pada pengaturan kecepatan motor induksi. Demikian juga penelitian yang dilakukan oleh Mohammed dkk(2000) mengembangkan kontroller fuzzy yang digunakan untuk menala parameter PI. Kontroller fuzzy juga dikembangkan pada penelitian yang dilakukan Chekkouri MR dkk (2002) dan Lakhdar M & Katia K (2004) dengan melengkapi mekanisme adaptasi pada kontroller fuzzy pada pengaturan motor induksi.
Pada penelitian ini dirancang suatu pengaturan kecepatan motor induksi 3 fasa dengan menggunakan pengontrol adaptif fuzzy. Dengan adanya pengaturan kecepatan ini diharapkan kecepatan motor induksi dapat konstan sesuai yang diinginkan, walaupun mendapat perubahan beban, sehingga menghasilkan performansi motor induksi yang tinggi .
Motor induksi merupakan motor arus bolak balik (ac) yang paling luas penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan 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 ikut berputar mengikuti medan putar stator.
Perbedaan putaran relative 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 cenderung menurun. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan rotor sangkar.
Sebelum kita membahas bagaimana rotating magnetic field (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar, marilah kita tinjau bagaimana medan putar ini dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus bolak balik tiga fasa pula.
Belitan stator terhubung wye (Y). Dua belitan pada masing-masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. Sepanjang waktu, medan magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (zero), maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus yang mengalir pada system tiga fasa mempunyai perbedaan 120o, maka medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120o pula.
Ketiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. Karenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga berputar agar bersesuaian dengan medan magnet stator.
Pada sepanjang waktu, medan magnet dari masing-masing fasa bergabung untuk menghasilkan medan magnet yang posisinya bergeser hingga beberapa derajat. Pada akhir satu siklus arus bolak balik, medan magnet tersebut telah bergeser hingga 360o, atau satu putaran. Dan karena rotor juga mempunyai medan magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepadanya, rotor juga akan berputar hingga satu putaran. Penjelasan mengenai ini dapat dilihat pada gambar selanjutnya.
Putaran medan magnet dijelaskan pada gambar di bawah dengan “menghentikan” medan tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai dengan interval 60o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa A,B, dan C. Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A’, B’, dan C’.
NS= kecepatan sinkron (rpm) NR= kecepatan rotor (rpm)
Kecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu motor dapat dicari dengan menggunakan Equation (12-2).
dimana:
NS= kecepatan sinkron (rpm) NR= kecepatan rotor (rpm)
Kecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu motor dapat dicari dengan menggunakan Equation (12-2).
dimana:
Contoh:
Sebuah motor induksi dua kutub, 60 Hz, mempunyai kecepatan pada beban penuh sebesar 3554 rpm. Berapakah persentase slip pada beban penuh?
Solusi:
Satuan listrik :
Arus listrik (I) => ampere
Tegangan listrik (V) = beda potensial => volt
Tahanan (R) = resistansi => ohm
Reaktansi (X)=> ohm
Impedansi (Z)= R ± jX => ohm
Daya (S) = P ± jQ => volt ampere
Daya aktif (P) => watt
Daya reaktif (Q) => volt ampere reaktif
Energi (E) => watt-hour (watt-jam)
Faktor daya (cos j) => tidak ada satuan
ENERGI
MATERI 8 KELAS VI
ENERGI
Disebut juga dengan tenaga.
Adalah kemampuan yang diperlukan untuk melakukan usaha.
Dijumpai dalam berbagai bentuk.
Tersusun oleh banyak atom.
Atom adalah satuan unit terkecil.
Dibentuk dari perpindahan satu atom dengan atom yang lain.
Pada manusia memiliki sumber energi utama yaitu makanan yang akan dicerna oleh sistem pencernaan dalam reaksi kimia.
Benda yang dapat menghasilkan energi disebut sumber energy.
SUMBER ENERGI
1. Matahari
2. Air
3. Gas
4. Minyak bumi
5. Listrik
6. Batu bara
7. Angin
8. Makhluk hidup
BENTUK-BENTU ENERGI
1. Energi panas/kalor yaitu energi yang dimiliki oleh suatu benda karena suhunya (benda yang panas).
2. Energi cahaya yaitu energi yang dihasilkan oleh benda yang bercahaya.
3. Energi bunyi yaitu energi yang yang dihasilkan dari benda yang bergetar/sedang bergerak.
4. Energi listrik yaitu energy yang dihasilkan oleh arus listrik.
5. Energi kinetik/energi gerak yaitu energi yang dimiliki oleh benda-benda yang sedang bergerak.
6. Energi kimia yaitu energi yang tersimpan dalam suatu zat, dalam bentuk ikatan-ikatan kimia. Ex : dalam makanan, batu bara, bensin dll.
7. Energi nuklir yaitu energi yang dihasilkan oleh bahan radioaktif . Energi ini tersimpan dalam elemen.
8. Energi potensial yaitu energi yang dimiliki oleh suatu benda karena kedudukannya. Energi ini termasuk dalam energi yang tersimpan.
9. Energi potensial gravitasi yaitu energi yang tersimpan pada benda yang berada pada ketinggian tertentu.
10. Energi potensial pegas yaitu energi yang tersimpan dalam pegas. Energi ini akan tersimpan dalam benda yang dapa melenting/per. Jika benda yang memiliki per dilepas maka energy potensial yang dimiliki akan berubah menjadi energi kinetik.
SUMBER ENERGI PANAS
Satuan panas adalah derajat.
Energi panas disebut juga kalor yaitu energi yang dihasilkan oleh benda yang menimbulkan panas.
Satuan kalor adalah kalori.
1 kalori = 4,2 joule.
Macam sumber energi panas :
a. Gesekan benda
• Selain dapat menibulkan panas juga dapat menimbulkan bahaya.
• Ex : 1. Gesekan ban mobil dengan aspal.
2. Gesekan batang korek api dengan bidangnya dapat menimbulkan api.
b. Api
• Panas api dapat diperoleh dari :
1. Kompor minyak tanah
2. Lilin
3. Kayu
4. Korek api
5. Kompor gas
6. Kompor listrik
• Energi panas api dapat dimanfaatkan untuk :
1. Memasak
2. Membakar sampah
3. Penerangan
4. Pemanas ruangan/tungku pemanas
5. Menyetrika
6. Api unggun
c. Matahari
• Merupakan sumber energi utama.
• Pancaran panasnya ke bumi secara radiasi.
• Panas permukaan matahari mencapai 6.000 derajat Celcius.
• Panas bagian dalam mencapai 16 juta derajat Celcius.
• Dimanfaatkan oleh makhluk hidup. Oleh tumbuhan untuk proses fotosintesis. Oleh manusia dan hewan untuk pertumbuhan tulang.
• Energi panas dimanfaatkan oleh manusia, terutama untuk :
1. Pembangkit tenaga listrik.
2. Menggerakkan mobil.
3. Mengeringkan pakaian.
4. Mengeringkan bahan makanan.
d. Panas bumi
• Panas berasal dari dalam bumi yang disebut panas bumi.
• Energi panas bumi disebut endogen.
• Dimanfaatkan untuk :
1. Pembangkit tenaga panas bumi.
2. Memanaskan air sehingga menghasilkan uap. Uap panas dimanfaatkan untuk memutar turbin yang menyebabkan generator bergerak. Generator dapat menghasilkan listrik.
e. Batu bara
• Batu bara dihasilkan dari penumpukan tumbuhan tropis yang telah mati ribuan tahun yang lalu.
• Jenis tumbuhan yang dapat menghasilkan batu bara yaitu :
1. Galamariaceae
2. Lapidodendrale
3. Pteridospermae
• Manfaat batu bara yaitu :
1. Bahan bakar kereta api atau kapal laut.
2. Bahan mentah bensin tiruan.
3. Bahan bakar pembangkit listrik.
4. Keperluan industri.
5. Memasak.
Alat pengukur panas adalah termometer.
Macam termometer ada 4 yaitu :
a. Termometer Celcius (C).
b. Termometer Reamur (R).
c. Termometer Kelvin (K).
d. Termometer Fareinheit (F).
Benda yang dapat menghasilkan panas yaitu :
a. Solder listrik
b. Api yang bernyala
c. Sinar matahari
d. Setrika
Kegiatan manusia yang menggunakan energi panas yaitu :
a. Memasak air
b. Menggoreng makanan
c. Memasak makanan/sayur
d. Menggososk baju
Ada 3 macam termometer menurut fungsinya :
a. Termometer laboratorium
b. Termometer badan
c. Termometer dinding
TABEL SKALA TERMOMETER (DERAJAT)
KEADAAN C R F K
AIR MENDIDIH 100 80 212 373
ES MENCAIR 0 0 32 273
SKALA PERBANDINGAN
C : R : F : K = 5 : 4 : (9 + 32) : (273 + K)
PERPINDAHAN PANAS
Panas bersifat dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.
Perpindahan panas dapat dengan perantara atau tanpa perantara.
Cara perpindahan panas ada 3 macam yaitu :
1. Konduksi
• Yaitu suatu perpindahan panas melalui zat perantara dengan cara merambat.
• Zat perantaranya adalah zat padat.
• Ex :
a. Lilin yang ditempelkan pada tembaga kemudian dipanaskan dengan api akan meleleh dalam waktu yang cepat.
b. Memanaskan sendok. Pertama panas akan terasa di bagian ujung sendok dan kemudian merambat ke seluruh sendok.
• Konduktor adalah penghantar panas yang baik. Contohnya seperti barang yang terbuat dari logam.
• Isolator adalah penghantar panas yang tidak baik/buruk. Contohnya seperti kaca, kayu, plastik.
2. Konveksi
• Yaitu suatu cara perpindahan panas dengan cara mengalir.
• Zat perantara/medium dapat berupa zat cair dan gas.
• Ex :
a. Terjadinya angin laut yaitu angin yang bergerak dari laut ke darat. Serta angin darat yaitu angin yang bergerak dari darat ke laut.
b. Saat merebus air dalam ketel/panci, air yang berada di dasar ketel akan panas terlebih dahulu. Kemudian air akan bergerak naik dan menjadi lebih ringan. Karena air di bagian atas itu lebih berat, kemudian akan turun. Akibatnya terjadi perpindahan air. Dan terjadilah aliran air.
c. Saat menyalakan api, sekitar badan kita akan terasa panas.
3. Radiasi
• Yaitu perpindahan panas tanpa melalui zat perantara dengan cara memancar.
• Ex :
a. Panas matahari ke bumi.
b. Panas api unggun.
4. Peralatan yang berprinsipkan perpindahan energi
• Ex :
a. Alat pemanas air dengan tenaga surya/matahari, perpindahan secara radiasi.
b. Solder dan setrika listrik, perpindahan secara konduksi.
c. Baling-baling, perpindahan secara konveksi.
ENERGI ALTERNATIF
1) Energi angin
• Pertimbangan untuk menggunakan energi angin adalah :
a. Murah.
b. Aman dalam pemakaian.
c. Bersih dari polusi.
d. Bebas dari bahan bakar.
• Dimanfaatkan untuk :
a. Menggerakkan kincir angin.
b. Menggerakkan perahu layar dan selancar.
c. Membantu penyerbukan.
d. Membantu penyebaran biji pada tumbuhan.
e. Mengeringkan pakaian.
f. Untuk olahraga.
g. Untukmenggerakan turbin angin (aerogenerator)
2) Air terjun
• Untuk sarana objek wisata.
• Untuk menghasilkan pembangkit listrik tenaga listrik.
• Semakin cepat arus yang mengalir maka semakin cepat kincir air berputar dan semakin besar arus listrik yang dihasilkan.
• Ex :
a. PLTA Jatiluhur di Purwakarta.
b. PLTA Karangkates di Malang - Jawa Timur.
c. PLTA Asahan di Medan - Sumatera Utara.
3) Energi gas
• Sumber utamanya adalah LPG (Liquid Petroleum Gas).
• Lebih ramah lingkungan karena tidak menimbulkan asap.
• Energi gas bermanfaat untuk :
a. Pembangkit listrik
b. Industri
c. Transportasi
d. Memasak makanan dan minuman.
4) Energi biodesel
• Sumbernya dari kelapa sawit.
• Digunakan untuk bahan bakar mesin diesel.
5) Energi bioetanol
• Sumbernya dari tetes tebu.
Manfaat energi alternative
a. Pemanfaatan energi pasang. Aliran air akibat terjadinya pasang air laut akan menggerakan turbin pada generator. Pasang air laut dapat terjadi akibat adanya gravitasi bulan dan matahari.
b. Energi panas matahari dimanfaatkan dalam proses pengawetan makanan (pengeringan).
c. Energi matahari dapat dimanfaatkan untuk kendaraan bertenaga surya.
d. Energi panas matahari dan angin untuk membantu mengeringkan pakaian.
e. Energi angin untuk menggerakkan kincir angin pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin.
f. Energi panas matahari untuk pembangkit listrik tenaga panas bumi. Ex : Pembangkit Listrik di Kamojang (Jawa Barat) dan Dataran Tinggi Dieng (Jawa Tengah).
g. Energi air dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin pada generator Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).
h. Energi panas matahari untuk pemanas air dan penghangat ruangan. Alat yang digunakan disebut panel surya. Panel surya akan menyimpan energi matahari untuk diubah menjadi energi listrik kemudian diubah menjadi energi kalor.
ENERGI LAIN
I. Energi kimia
• Yaitu energi yang terdapat dalam bahan-bahan yang bersifat kimia.
• Energi ini timbul karena adanya reaksi kimia yaitu perubahan materi yang menyangkut struktur dalam molekul suatu zat.
• Bahan-bahan yang bersifat kimia antara lain :
a. Makanan
b. Batu bara
c. Aki
d. Bahan bakar
e. Minyak bumi
f. Baterai
• Bahan yang bisa menimbulkan energi kimia yaitu :
a. Baterai
b. Bahan bakar
c. Batu bara
d. Makanan
e. Minyak bumi
f. Aki
II. Energi gerak
• Yaitu energi yang dihasilkan oleh benda-benda yang bergerak.
• Disebut energi kinetis.
• Ex : angin yang bertiup dan air yang mengalir.
• Besar kecilnya energi gerak tergantung pada :
a. Kecepatan gerak benda, semakin cepat benda bergerak maka energinya akan makin besar energinya. Semakin lambat benda bergerak maka akan semakin kecil energinya.
b. Berat benda, semakin berat suatu benda maka akan semakin besar energinya. Semakin ringan suatu benda maka semakin kecil energinya.
III. Energi listrik
• Yaitu energi yang timbul dari aliran listrik.
• Satuan tegangan listrik disebut Volt (V).
• Alat untuk mengukur tegangan listrik adalah Voltmeter.
• Watt (W) adalah satuan energi listrik setiap detik. Disebut juga dengan daya listrik.
• Alat untuk mengukur arus listrik adalah Amperemeter.
• Satuan arus listrik disebut Ampere (A).
• Satuan hambatan listrik disebut Ohm (Ω).
• Alat untuk mengukur hambatan listrik adalah Ohmmeter.
• Alat gabungan untuk mengukur arus listrik, tegangan listrik dan hambatan listrik adalah multimeter (avometer).
• Bermanfaat untuk :
a. Penerangan.
b. Penggerak motor.
c. Alat rumah tangga.
• Energi listrik dalam rumah tangga yaitu :
a. Kipas angin
b. Setrika
c. Kulkas
d. Mesin cuci
e. Blender
f. Micromave
g. Dll.
• Sifat-sifat arus listrik :
a. Mengalir dari daerah yang bermuatan banyak (kutub positif) ke daerah yang bermuatan listrik sedikit (kutub negative).
b. Hanya dapat merambat melalui suatu penghantar yang baik (konduktor).
• Sumber listrik antara lain :
a. PLN merupakan sumber listrik utama.
b. Generator merupakan sumber energi listrik yang terbesar. Mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Terdiri dari magnet dan kumparan.
c. Baterai dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai berisi zat kimia. Bagian luarnya terdiri dari logam, lapisan seng yang digunakan sebagai kutub negative, batang arang pada bagian tengah yang ujungnya terdapat tembaga dan bertindak sebagai kutub positif.
d. Dinamo sepeda dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Dinamo sepeda terdiri dari magnet berbentuk tabung dan kumparan (kawat yang digulung secara teratur).
e. Aki (akumulator/elemen basah) dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Aki berisi zat kimia cair.
f. Elemen volta. Penemu elemen volta adalah Alessandro Volta. Elemen volta terdiri dari lempeng seng (Zn) dan lempeng tembaga (Cu) yang tercelup dalam suatu larutan asam sulfat (H2SO4). Lempeng seng dan H2SO4 akan bereaksi dan menghasilkan muatan negative. Reaksi antara H2SO4 encer dan tembaga akan menghasilkan muatan positif. Muatan listrik akan bersifat sementara/bertahan sebentar karena muatan listrik akan terhalang oleh gelembung gas.
• Jenis pembangkit tenaga listrik yaitu :
a. PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air)
b. PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel)
c. PLTU (Pembangkit Listriik Tenaga Uap)
d. PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)
e. PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas)
f. Pembangkit Listrik Tenaga Matahari (Surya)
g. Pembangkit Listrik Tenaga Angin
h. Pembangkit Listrik Tenaga Geothermal/panas bumi
• Rangkaian listrik yang disusun secara sejajar akan menghasilkan rangkaian pararel. Rangkaian listrik yang disusun secara berderet disebut rangkaian seri.
• Cara member muatan listrik pada suatu benda yaitu :
a. Digosok-gosok sehingga electron akan berpindah dari benda satu ke benda yang lain. Benda yang elektronnya berpindah akan bermuatan positif dan benda yang kelebihan electron akan bermuatan negative.
b. Penyentuhan. Benda konduktor yang bermuatan listrik disentuhkan ke keonduktor lain yang tidak bermuatan listrik, maka kedua konduktor akan berbagi muatan.
c. Induksi yaitu dengan memberi muatan kepada benda netral yang berada di dekatnya tanpa menyentuh benda tersebut.
• Perbedaan Rangkaian Seri dan Rangkaian Pararel :
RANGKAIAN SERI PERBEDAAN RANGKAIAN PARAREL
BERBEDA TEGANGAN LISTRIK TIAP LAMPU SAMA
KECIL DAYA LISTRIK BESAR
REDUP/KURANG TERANG CAHAYA LAMPU TERANG
BESAR ARUS LISTRIK YANG MENGALIR KECIL
SEDIKIT/HEMAT KEBUTUHAN KABEL BANYAK/BOROS
BESAR HAMBATAN KECIL
AKAN PADAM BILA SATU LAMPU PADAM LAMPU YANG LAIN TIDAK IKUT PADAM
CEPAT HABIS KETAHANAN BATERAI TAHAN LAMA
• Macam listrik :
a. Listrik dinamis merupakan pengaruh listrik yang ditimbulkan oleh benda yang dialiri oleh arus listrik.
b. Listrik statis merupakan merupakan pengaruh listrik yang ditimbulkan oleh benda yang tidak dialiri arus listrik/muatan listrik yang diam.
Rumus untuk menghitung energi listrik pada alat-alat listrik :
daya x jam x hari
Energi = = ……. Kwh
1000
Keterangan :
1 kilowatt = 1.000 watt
Kwh = kilowatt hours = kilowatt jam
1 Kwh = 1.000 x 3.600 = 3.600.000 joule = 3.600.000 watt
Ex :
Sebuah lampu mempunyai daya sebesar 20 watt dan menyala selama 4 jam dalam sehari. Hitunglah energi yang dikeluarkan oleh lampu tersebut !
Jawab :
Diketahui :
Daya = 20 watt
Waktu = 4 jam/hari
Ditanya :
Energi yang dihasilkan lampu ?
Jawab :
daya x jam x hari
Energi =
1000
20 x 4 x 1
=
1000
= 0.08 Kwh
= 288.000 watt
Perbandingan antara arus, tegangan dan daya listrik :
Daya
Arus =
Tegangan
Keterangan :
Arus = Ampere
Tegangan = Volt
Daya = Watt
PERUBAHAN ENERGI LISTRIK
A. Dasar peruabahan bentuk energy
• Dasarnya adalah HUKUM KEKEKALAN ENERGI
“Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Akan tetapi energi dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain”
B. Macam perubahan bentuk energi
• Energi listrik dapat diubah menjadi energi panas, energi cahaya, energi gerak, energi kimia dan energi bunyi.
• Ex :
a. Energi listrik menjadi energi panas dan cahaya. Ex : televisi, lampu neon dll.
b. Energi listrik menjadi energi panas. Ex : setrika listrik, rice cooker, dll.
c. Energi listrik menjadi energi gerak dan kinetic. Ex : kipas angin, pahat listrik, bor listrik, blender, mixer, motor listrik, dll.
d. Energi listrik menjadi menjadi energi bunyi. Ex : radio, tape recorder, televisi, telephon, mikrofon dll.
e. Energi listrik menjadi energi kimia. Ex : penyetruman aki/accu.
f. Energi gerak menjadi energi listrik. Ex : Dinamo
g. Energi gerak menjadi energi bunyi. Ex : gitar, rebana, biola, dll
h. Energi cahaya menjadi energi panas. Ex : kaca suyankanta/kaca pembesar/lup dapat membakar kertas.
ENERGI POTENSIAL DAN ENERGI KINETIK
a. Energi Potensial
• Adalah energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya.
• Rumus :
Ep = F x h = m x g x h
Keterangan :
Ep = Energi Potensial (joule/erg)
m = massa (kilogram/gram)
g = kecepatan gravitasi (meter/sekon2 atau sentimeter sekon2)
h = tinggi benda (meter atau sentimeter)
• Ex :
Sebuah mobil yang massanya 5.000 kg bergerak dari titik A dan berhenti di titik B (daerah tanjakan). Jarak mobil di titik B (pada daerah tanjakan) adalah 8 meter. Hitunglah energi potensial ketika mobil berada pada posisi A dan posisi B !
Jawab :
Diketahui :
m = 5.000 kg
ho = 0 m
h1 = 8 m
g = 9,8 m/s2
Ditanyakan :
1. Ep di titik A?
2. Ep di titik B?
Jawab :
1. Ep di titik A
Ep di titik A = m x g x ho
= 5.000 kg x 9,8 m/s2 x 0
= 0 joule
2. Ep di titik B = m x g x h1
= 5.000 kg x 9,8 m/s2 x 8 m
= 329.000 joule
b. Energi Kinetik/energi gerak
• Adalah energi yang dimiliki suatu benda yang sedang bergerak.
• Rumus :
Ek = ½ x m x v2
Keterangan :
Ek = Energi Kinetik (joule/erg)
m = massa (kilogram/gram)
v = kecepatan (meter/sekon atau sentimeter/sekon)
• Ex:
Sebuah benda bermassa 10 kg, bergerak dengan kecepatan 400 cm/s. Berapa besar energy kinetik?
Jawab :
Diketahui :
m = 10 kg
v = 400 cm/s = 4 m/s
Ditanyakan :
Energi kinetik ?
Jawab :
Ek = ½ x m x v2
= ½ x 10 kg x 42
= 80 joule
Belajar Motor Listrik dari Bahan Daur Ulang
Bur
Alat untuk melakukan percobaan dalam pembelajaran fisika di SLTP, ternyata bisa dibuat dengan cara sederhana. Tjandra Heru Awan sudah membuktikannya. Guru SLTP Negeri 7 Malang, Jawa Timur, itu membuat motor listrik dari bahan daur ulang -- dia sebut Molibadul -- sebagai media konstruktivisme materi motor listrik untuk siswa kelas III. Model pembelajaran ini pula yang mengantarnya sebagai pemenang pertama Lomba Kreativitas Guru SLTP bidang IPA tingkat Nasional 2002, diselenggarakan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI).
Tjandra membuat motor listrik daur ulang dengan kumparan tembaga dan kumparan kertas. Bagan Molibadul tembaga sebagian besar diperoleh dari barang-barang yang biasa dirombeng untuk didaur ulang. Untuk rumah motor dibuat dari kardus bekas kemasan mie instan atau makanan kecil yang lain. Magnetnya menggunakan magnet slinder dari load speaker yang sudah rusak.
Rotor Molibadul terdiri atas poros, kumparan, komutator, dan cincin peluncur atau biasa disebut kleker. Poros dibuat dari jeruji sepeda besar, komutator dari seng bekas penyangga obat nyamuk dan kumparan dari kawat email tembaga. Klekernya dibuat dari penil berwarna yang isinya dibuang.
Perakitan komponen-komponen Molibatul tidak menggunakan patri atau solder, tapi cukup dengan selotip plastik atau selotip kertas. Sumber energi listrik diperoleh dari empat baterei besar atau listrik PLN dengan menggunakan power supply atau adaptor. Molibadul tembaga bisa berputar dengan kecepatan maksimum sekitar 3.000 rpm (rotasi per menit) pada tegangan 15 volt.
Molibadul kertas pada dasarnya sama dengan molibadul tembaga. Yang berbeda hanya kumparannya. Kumparan Molibadul kertas terbuat dari kertas aluminium foil (kertas grenjeng) yang bisa didapat dari bekas kemasan makanan kecil tertentu, sepeti es krim atau kemasan rokok.
Cara membuat pita aluminium foil (AF) sebagai pengganti kawat email tembaga adalah:
1. Siapkan sekitar 80 lembar kertas aluminium foil dari kemasan rokok tertentu.
2. Rekatkan atau sambungkan semua kertas AF sehingga menjadi pita sepanjang kurang lebih 10 meter dengan bagian yang mengkilap semua sehadap. Kertas AF yang satu harus bersentuhan dengan bagian yang mengkilat kertas AF yang lain. Cara penyambungannya mirip dengan penyambungan seng talang air.
3. Lipat-lipat pita menjadi pita AF yang lebarnya kurang lebih 1,3 cm dan panjangnya 10 meter dengan bagian yang mengkilat berada di dalam lipatan pita.
4. Teras Molibadul tembaga bisa dibuat dari kardus.
Kegiatan belajar mengajar dengan model ini dilakukan dalam empat tahap. Tahap awal, guru mendemonstrasikan sebuah mainan yang digerakkan dengan motor listrik. Untuk mendapatkan konsep motor listrik, guru mengajukan pertanyaan, "Apakah nama alat yang menggerakkan ini?" Jawaban yang diharapkan adalah, "Motor listrik atau dinamo."
Guru bisa melanjutkan dengan pertanyaan, "Sebutkan alat-alat listrik yang menggunakan dinamo?" Jawaban siswa mungkin bermacam-macam, seperti seterika listrik, kipas angin, mixer, tape recorder, atau mesin cuci. Semua jawaban siswa ditulis di papan tulis tanpa ditunjukkan jawaban yang benar.
Untuk mengarahkan siswa pada prinsip motor listrik, guru mengajukan pertanyaan, "Dalam kehidupan sehari-haru, apakah yang dimaksud motor?" Jawaban yang diharapkan: sepeda motor, kendaraan bermesin roda dua. Pertanyaan selanjutnya, "Dari kata sepeda motor, sepeda dan motor, kira-kira apa artinya motor?" Jawaban yang diharapkan: mesin, mesin penggerak.
Selanjutnya guru mengarahkan dengan pertanyaan, "Jika motor artinya penggerak, coba renungkan motor listrik, kemudian pikirkan alat-alat yang menggunakan mesin listrik?" Siswa diberi kesempatan berpikir beberapa menit kemudian diajukan pertanyaan, "Dari alat-alat tertulis di papan, manakah yang menggunaklan mesin listrik?" Jawaban yang diinginkan misalnya, kipas angin, tamiya, mixer, mesin cuci, atau kereta rel listrik.
Dari jawaban tersebut, guru bisa memotivasi lagi dengan memberikan gambaran luasnya penggunaan listrik dan memberikan pertanyaan, "Sebutkan komponen penting dalam motor listrik dan prinsip kerja motor listrik?" Pengalaman yang dilakukan, jarang ada siswa bisa menjawab pertanyaan tersebut.
Agar siswa termotivasi lagi, guru mendemonstrasikan motor listrik dengan mixer atau blender atau dinamo yang biasa digunakan dalam mainan anak, atau tape recorder. Dalam demonstrasi tersebut, siswa diminta mengajukan hipotesa tentang konsep dan cara kerja motor listrik dengan mengingat gaya lorentz.
Tahap kedua, proses sains. Ini tahap pembelajaran siswa untuk memberikan pengalaman-pengalaman dan hipotesanya sendiri dengan menggunakan benda-benda konkret. Pada tahap ini siswa dibagi menjadi beberapa kelompok kecil dengan masing-masing kelompok diberi piranti percobaan, yaitu Molibadul tembaga DC yang komponen-komponennya belum dirakit, yaitu: rumah motor, magnet, rotor.
Selanjutnya, siswa diberi waktu melakukan percobaan dan melaporkan hasil pengamatan mereka tentang prinsip kerja dan cara kerja motor listrik. Dalam percobaan, siswa bebas mencoba merakit, mengamati dan mendiskusikan prinsip kerja motor listrik. Selama siswa melakukan percobaan, guru dapat memberikan pengarahan seminimal mungkin; sebaiknya siswa yang berusaha sendiri.
Guru juga berkeliling mengamati dan menilai kegiatan siswa. Faktor yang menjadi penilaian adalah keberhasilan siswa merakit dan menjalankan Molibadul serta keaktifan berdiskusi dalam kelompoknya. Usai kegiatan, guru dapat meminta seluruh siswa untuk melaporkan hasil pengamatannya dalam membuat simpulan sementara tentang konsep dan cara kerja motor listrik. Tugas perorangan ini dimaksudkan agar proses sains terjadi pada setiap siswa.
Tahap berikutnya, diskusi. Pada tahap ini guru mengajak siswa mendiskusikan hasil pengamatan dan simpulan. Siswa juga melakukan sharing tentang percobaannya dengan rekan lain dari kelompok lain. Guru mengarahkan siswa agar melakukan diskusi kelompok untuk menghasilkan kesepakatan dan simpulan kemudian hasilnya dilaporkan di kelas.
Diskusi mengarahkan siswa sampai pada simpulan bahwa: Pertama, konsep motor listrik adalah mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Kedua, prinsip kerja motor listrik adalah memanfaatkan gaya yang dialami penghantar berarus dalam medan magnet. Ketiga, komponen penting motor listrik yaitu rumah motor, kumparan, magnet, dan komutator.
Tahap akhir, evaluasi. Guru mengajukan pertanyaan-pertanyaan yang konseptual untuk menguji apakah siswa telah benar-benar memahami konsep dasar yang diinginkan seperti, apakah konsep motor listrik, jelaskan prinsip kerja motor listrik, dan apa gunanya komutator.
Pada tahap ini juga guru dapat menambahkan atau memperbaiki proses sains yang lepas dari pengamatan siswa dengan pertanyaan-pertanyaan, antara lain: "Jika tidak ada magnet permanen, bisakah kita membuat motor listrik? Apakah semua energi listrik menjadi gerak? Apakah arus dalam kumparan itu bolak balik atau searah?
Sumber : Republika (11 Juni 2004)
METODE PERBAIKAN DISAIN POMPA IRIGASI UNTUK MENDUKUNG PERBAIKAN MUTU PRODUK LOKAL
Agung Prabowo 1) dan Affifuddin 2)
1) Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian, Serpong.
2) CV. Pabrik Mesin Guntur, Jl. Kol. Sugiono 14, Malang
ABSTRAK
Pompa irigasi yang biasa digunakan oleh petani di Indonesia umumnya jenis sentrifugal dengan poros horisontal. Pompa tersebut digunakan untuk mengairi lahan pertanian untuk tanaman pangan maupun hortikultura. Jumlah pompa irigasi di Indonesia meningkat cukup pesat baik yang disuplai dari dalam negeri maupun import. Dalam rangka pengawasan mutu pompa irigasi tersebut, maka Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian (BBP Mektan) mempunyai tugas melakukan pengujian kinerja pompa irigasi yang beredar di Indonesia. Dari hasil uji laboratorium terhadap pompa tersebut, menunjukkan bahwa unjuk kerja pompa irigasi sentrifugal buatan lokal hanya mencapai efisiensi 45% – 65%. Untuk meningkatkan keragaan kerja tersebut maka Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian melakukan perbaikan disain impeller dan casing dari pompa sentrifugal. Metode perbaikan disain tersebut telah dilakukan dengan mengacu teori-teori Addisson, Churh dan Stepanoff. Pabrikasi dilakukan bekerjasama dengan CV. Pabrik Mesin Guntur, Malang, sebagai salah satu produsen lokal pompa irigasi di Indonesia. Prototipe pompa yang dihasilkan adalah AP-S100 (Alsin Pompa Sentrifugal diameter 100 mm), dengan dimensi sebagai berikut: panjang 388,49 mm; lebar 274 mm; tinggi 275,89 mm dan bobot 28 kg. Hasil uji terhadap prototipe pompa tersebut mengindikasikan keunggulan dibandingkan keragaan pompa lokal yang ada dipasaran saat ini. Efisensi meningkat 10,67% - 16,14%, debit 6,29% – 12,14% dan tinggi total 12,08% - 34,86%. Pompa AP-S100 ini mampu menghemat energi potensial yang digunakan untuk memompa sejumlah unit volume air sebesar 1,08% - 4,17% kJ/m³
Kata kunci : perbaikan mutu, disain, pompa irigasi
PENDAHULUAN
Banyak macam pompa air yang digunakan untuk keperluan irigasi pertanian. Salah satunya adalah pompa sentrifugal. Pompa irigasi ini dipakai untuk memompa air dari sungai maupun sumur-sumur dangkal. Mayoritas pompa irigasi sentrifugal yang digunakan oleh petani adalah berukuran kecil (diameter 50 mm) dan medium (diameter 100 mm). Sekitar 56,8% petani menggunakan pompa berukuran kecil dan 32.4% petani menggunakan pompa berukuran sedang [1]. Para petani menggunakan sumber air dari aquifer dangkal untuk irigasi pompa disamping penggunaan sumber air dari sungai-sungai yang ada untuk mensuplai irigasi saat musim kering. Pompa-pompa tersebut mengairi sekitar 120.000 hektar di Jawa.
Salah satu fungsi Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian (BBP Mektan) adalah melaksanakan pengujian dalam rangka standarisasi, sertifikasi dan pengawasan penggunaan alat dan mesin pertanian (alsintan). Adapun kegiatan tersebut meliputi: (a) pengawasan mutu alsintan melalui pelaksanaan pengujian fungsional dan verifikasi semua alsintan baik produksi dalam negeri maupun luar negeri dengan mengacu pada prosedur dan cara uji yang telah ditetapkan secara nasional (SNI) dan regional (Regional Network for Agricultural Machinery); (b) meninjau dan mengajukan standarisasi yang meliputi standard komponen, prosedur dan sandi uji serta persyaratan minimum kinerja alsintan; (c) menerbitkan laporan uji dan rekomendasi teknis yang mengacu pada standard dan prosedur sandi uji serta persyaratan minimum kinerja alsintan.
Pengukuran kinerja pompa irigasi sentrifugal melalui kegiatan pengujian yang merupakan salah satu tugas pokok BBP Mektan telah dilakukan sejak tahun 1993. Dalam periode tahun 1993 - 2005 prototipe pompa irigasi sentrifugal buatan lokal maupun import yang telah diuji oleh BBP Mektan sebanyak 85 buah. Hasil uji pompa-pompa tersebut, baik yang berukuran kecil maupun sedang mencapai efisiensi 45 % - 59 % pada titik pengoperasian terbaiknya.
Banyak prosedur yang digunakan dalam mendisain sebuah pompa sentrifugal. Setiap pabrik pompa melakukan pendekatan tersendiri, meskipun masing-masing prosedur itu mempunyai metode perhitungan yang sedikit berbeda tetapi semua prinsip-prinsipnya adalah sama. Semua perusahaan pompa mempunyai pembatasan-pembatasan parameter disain yang biasa mereka gunakan untuk memenuhi syarat-syarat persaingan bisnis dalam hal biaya produksi. Biaya produksi pabrikasi pompa adalah tergantung pada jumlah dan variasi dari disain komponennya. Semakin banyak dan semakin rumit disain komponennya maka biaya produksi yang dikeluarkan akan semakin membengkak. Didalam mengejar persaingan dagang, banyak perusahan pompa lokal mengabaikan persyaratan disain unjuk kerja pompa. Mereka hanya mencontoh blue print dari pompa import kemudian dipabrikasi dengan modifikasi beberapa komponennya dengan maksud mengurangi biaya produksi tanpa menghiraukan batasan-batasan disain dari pompa tersebut. Beberapa “modifikasi” yang biasa mereka lakukan antara lain adalah: mengurangi jumlah sudu impeller, memperkecil diameter luar impeller, memperkecil diameter poros pompa, mengurangi ketebalan dinding casing pompa, menggunakan bearing yang berharga murah, dsb.
Faktor-faktor utama penentu kinerja dari sebuah pompa sentrifugal adalah disain impeller dan disain casingnya. Dalam mendisain sebuah impeller, diperlukan konstanta-konstanta disain yang secara langsung berhubungan dengan target total head dan debit pada titik pengoperasian terbaiknya. Penggunaan konstanta disain yang tepat untuk impeller dapat meminimalkan losses yang terjadi di impeller. Prosentase losses di impeller mencapai 2% - 10% dari total debit yang dihasilkan pompa [5]. Total head yang dihasilkan oleh sebuah impeller tergantung pada permukaan dari sudu dan tidak hanya tergantung pada besaran sudut keluaran impeller saja.Untuk mengurangi losses yang terjadi di impeller dapat dilakukan dengan cara memperhalus permukaan impeller dan mengatur sudut sudu-sudu impeller sehingga mengurangi friksi pada bagian permukaan dan belakang impeller [6].
Untuk mengatasi beberapa permasalahan tersebut diatas, maka Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian bekerja sama dengan CV. Pabrik Mesin Guntur, Malang telah melakukan metode perbaikan disain, pabrikasi, dan pengujian pompa irigasi sentrifugal model AP-S100 (Alsin Pompa Sentrifugal diameter 100 mm) untuk irigasi air tanah.
DASAR TEORI
Pompa sentrifugal adalah salah satu anggota kelompok Variable Displacement Pump. Sifat dari variable displacement pump adalah volume air per menit yang dihantarkan tidak sama dengan volume air yang dihisap setiap menitnya. Hal ini disebabkan adanya losses pada komponen-komponen utamanya seperti: impeler, casing dan mechanical seals. Losses yang terjadi di impeler dan casing dapat diakibatkan oleh disain geometri impeler dan geometri casingnya. Sedangkan losses pada mechanical seals dapat dikurangi dengan penggunaan seal yang lebih berkualitas dan pemasangan yang presisi. Prosentase losses di impeler mencapai 2% – 10% dari total debit yang dihantarkan pompa [6]. Penurunan efisiensi yang diakibatkan oleh disefisiensi disain casing mencapai 4,7% [8]. Penggunaan mechanical seal yang berkualitas baik dapat mengurangi kebocoran pada bagian-bagian yang berputar, sehingga menjadi hanya 10 cc/menit – 40 cc/menit [9]. Dengan adanya acuan seperti disebutkan diatas, maka terbuka peluang untuk meningkatkan unjuk kerjanya dengan cara memodifikasi salah satu atau semua komponen utama pompa sentrifugal tersebut.
Disain impeler ditentukan oleh bentuk geometri dari impeler, antara lain meliputi: kecepatan spesifik, diameter dalam dan luar impeler, sudut dalam dan luar kipas (vane), lebar celah pemasukan dan pengeluaran impeler, ketebalan kipas dan jumlah kipas. Kecepatan aliran fluida yang mengalir melalui sebuah impeler yang berotasi, antara lain: u adalah kecepatan dari sebuah titik pada impeler relatif terhadap bidang dasar, V adalah kecepatan absolut partikel fluida yang mengalir melalui impeler relatif terhadap bidang dasar dan v adalah kecepatan fluida relatif terhadap impeler [6]. Hubungan antara kecepatan-kecepatan tersebut dapat dilihat pada Gb. 1.
Gambar 1. Diagram kecepatan pada sebuah impeler [6].
Sudut antara V dan u disebut . Sudut antara v dan perpanjangan u adalah . Gb. 2 memperlihatkan diagram vektor dari kecepatan di inlet dan outlet sebuat impeler. Vr adalah komponen radial dari kecepatan absolut V. Vu adalah komponen tangensial dari V atau sama dengan V cos .
Gambar 2. Diagram vektor dari kecepatan fluida yang mengalir di inlet dan outlet sebuah impeler [6].
Beberapa persamaan dasar untuk bentuk geometri sebuah impeler, antara lain [8] :
u1 = (D1 n) / 60 … (1)
u2 = Ku (2gH)0.5 … (2)
D2 = (60 u2) / ( n) … (3)
Vr1 = Km1 (2gH)0.5 … (4)
Vr2 = Km2 (2gH)0.5 … (5)
Dimana :
D1 : diameter inlet dari impeler (m)
D2 : diameter outlet dari impeler (m)
H : tinggi total (m)
Ku : konstanta kecepatan
Km1 : konstanta debit pada bagian inlet
Km2 : konstanta debit pada bagian outlet
n : kecepatan rotasi poros pompa (rpm)
Vr1 : kecepatan relatif fluida pada bagian inlet (m/det)
Vr2 : kecepatan relatif fluida pada bagian outlet (m/det)
Persamaan dasar untuk menentukan lebar celah pada bagian inlet dan outlet sebuah impeler [3] :
Q’ / 60
b2 = … (6)
(Dave - Z Su) Vr2
b1D1 = b2D2 … (7)
Su = S2 / sin 2 … (8)
Dimana:
b1 : lebar celah pada bagian inlet impeler (m)
b2 : lebar celah pada bagian outlet impeler (m)
Q’ : debit efektif pada efisiensi volumetric (m3/det)
Dave : diameter rata-rata pada ujung pengeluaran impeler (m)
Z : jumlah kipas
S2 : ketebalan kipas (mm)
Pompa sentrifugal memiliki dua tipe casing yaitu: volute (spiral) dan diffuser. Casing melakukan fungsi secara efektif mengkonversi gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh impeler menjadi tekanan. Casing tipe volute didesain menyerupai spiral yang mana luas permukaannya semakin membesar kearah lubang pengeluaran. Perubahan luas area tersebut mampu menurunkan kecepatan sehingga tekanannya menjadi meningkat. Umumnya pompa tipe single stage memiliki casing tipe volute. Casing tipe diffuser memiliki kipas pengarah aliran air pada sekeliling impelernya. Tekanan air selalu meningkat saat melewati difuser sebab secara progresif meningkat luas area antara kipas-kipasnya dalam arah alirannya.
MATERI DAN METODOLOGI
Penelitian ini dilakukan di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian, Serpong. Evaluasi pendahuluan dilakukan terhadap pompa irigasi sentrifugal buatan lokal yang umum digunakan oleh petani.
Evaluasi awal dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja pompa dan mengidentifikasi disefisiensi disain impelernya. Evaluasi ini dilakukan dengan menguji pompa tersebut pada berbagai tinggi hisap statis dan berbagai variasi kecepatan rotasi.
Perbaikan disain ditujukan untuk meningkatkan total head, debit dan efisiensi pompa. Metode yang digunakan dalam perbaikan disain impeler pompa tersebut adalah mengacu kepada metode yang diberikan oleh Stepanoff, Addison dan Church. Gambar disain impeler dikerjakan dengan bantuan AutoCAD agar mudah melakukan modifikasi secara tepat dan akurat serta mampu ditampilkan secara tiga dimensi.
Setelah pabrikasi, pompa kembali dievaluasi ulang dengan kondisi uji seperti evaluasi awal. Unjuk kerja pompa sebelum dan setelah perbaikan disain dibandingkan dan perbedaan tersebut dianalisa secara statistik. Pengukuran unjuk kerja pompa irigasi dilakukan di laboratorium pompa BBP Mektan, Serpong. Intrumen uji yang dipakai dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Instrumen Untuk Pengujian Kinerja Pompa Irigasi.
No Nama Alat Kegunaan Ketelitian
1 Pressure gauge Mengukur tekanan air 0,05 kg/cm2
2 Vacuum gauge Mengukur tekanan hisap 0,05 kg/cm2
3 Digital tachometer Mengukur rpm 1 rpm
4 Electromagnetic Flowmeter Mengukur debit air -
5 Motor listrik 22 kW Memutar poros pompa -
6 Torque meter tipe TP-20KMAB Mengukur torsi poros pompa 0,5 Nm
7 Bak ukur tipe V-Notch Mengukur debit air pompa
Ukuran 2 – 4 inch 0,5 mm
8 Varispeed inverter 30 kVa tipe VS-616G5. Mengubah putaran motor listrik 1 rpm
9 Dynamic Strain amplifier tipe DPM-601B Menguatkan tegangan 1 mV
10 Digital multi meter YEM-2506A Mengukur tegangan listrik slip ring torque meter 1 mV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil uji dan evaluasi dari prototipe pompa sentrifugal AP-S100 menunjukkan keunggulan terhadap pompa lokal yang ada dipasaran. Hasil uji unjuk kerja pompa tersebut dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Perbandingan Unjuk Kerja Maksimum Antara Pompa Lokal dan Prototipe Pompa AP-S100.
Putaran Poros (rpm) Model pompa Debit (m³ /mnt) Tinggi total (m) Daya poros (kW) Efisiensi (%) Energi potensial (kJ/m³)
2000 GTO 4-1 1,43 11,7 4,24 64,41 177,9
AP-S100 1,52 16,57 5,74 71,34 226,6
Perbedaan (%) 6,29 41,62 35,38 10,76 27,36
2100 GTO 4-1 1,47 15,98 5,88 65,25 239,3
AP-S100 1,60 17,91 6,25 72,21 234,4
Perbedaan (%) 8,55 12,08 6,29 10,67 -2,08
2250 GTO 4-1 1,51 15,69 7,50 61,95 298,6
AP-S100 1,69 21,16 8,06 71,95 286,2
Perbedaan (%) 12,14 34,86 7,47 16,14 -4,17
2300 GTO 4-1 1,45 17,09 7,66 63,50 316,7
AP-S100 1,62 22,87 8,46 71,55 313,3
Perbedaan (%) 11,65 33,82 10,44 12,68 -1,08
Hasil uji pendahuluan terhadap pompa sentrifugal buatan lokal pada putaran poros 2000 rpm, 2100 rpm, 2250 rpm dan 2300 rpm menunjukkan efisiensi tertinggi sebesar 65,25% pada debit 1,47 m3/mnt, total head 15,98 m dan daya poros 5,88 kW pada putaran poros 2100 rpm.
Prototipe pompa AP-S100 memiliki keunggulan dibandingkan pompa buatan lokal yang diuji. Debitnya menunjukkan peningkatan 6,29 % sampai 12,14%. Peningkatan yang terbesar dicapai pada putaran 2250 rpm. Faktor yang mempengaruhi peningkatan debit antara lain disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu diameter dalam impeller (D1), diameter luar impeller (D2), kecepatan peripheral pada bagian inlet impeller (u1) dan kecepatan peripheral pada bagian outlet impeller (u2). Bila D1 semakin besar, maka aliran air yang masuk ke impeller akan meningkat. Demikian pula bila D2 semakin besar, maka impeller mampu menampung dan melempar air dalam jumlah yang lebih besar. Peningkatan kecepatan peripheral u2 cenderung mengurangi sudut kipas bagian outlet (2). Semakin kecil 2, maka semakin cepat terjadinya peningkatan debit.
Prototipe pompa AP-S100 memberikan tinggi total yang lebih tinggi dibandingkan pompa lokal yang telah diuji. Peningkatan tinggi total berkisar antara 12,08% sampai 41,62%. Peningkatan maksimum tinggi total dicapai adalah pada putaran 2000 rpm. Perubahan tinggi total disebabkan oleh perubahan kecepatan peripheral u2, kecepatan relative pada outlet (Vr2) dan diameter dalam impeller (D1).
Gambar 1. Prototipe pompa sentrifugal AP-S100.
Prototipe pompa AP-S100 dengan impeller bersudu 6 buah memperlihatkan peningkatan yang signifikan dalam hal daya poros yang digunakan. Hal ini disebabkan terjadi penambahan sebuah sudu dibandingkan pompa lokal dengan jumlah sudu 5 buah, sehingga bobot impeller prototipe pompa AP-S100 lebih berat. Berat total impeller prototipe pompa AP-S100 adalah 2,84 kg, atau 33% lebih berat dibandingkan impeller pompa lokal. Peningkatan daya input tersebut berkisar antara 6,29% sampai 35,38%. Peningkatan daya input pompa AP-S100 juga disebabkan oleh peningkatan jumlah air per satuan waktu yang harus dilempar oleh impellernya.
(a). Impeller pompa lokal (b). Impeller pompa AP-S100
Gambar 2. Perbedaan disain impeller antara pompa lokal dan AP-S100.
Efisensi maksimum yang mampu dicapai oleh pompa AP-S100 adalah 72,21% pada putaran 2100 rpm, dengan debit 1,60 m³/mnt, tinggi total 17,91 m dan daya poros 6,25 kW. Sedangkan pompa lokal mencapai efisiensi maksimum 65.25% pada debit 1.47 m³/mnt, tinggi total 15,98 m dan daya poros 5,88 kW. Peningkatan efisiensi pompa AP-S100 dibandingkan pompa lokal adalah berkisar antara 10,67% - 16,14%.
Perbandingan energi potensial antara pompa lokal dengan pompa AP-S100 menunjukkan perbedaan yang signifikan. Energi potensial adalah energi yang diperlukan untuk memompa sejumlah unit volume air. Energi potensial pompa AP-S100 meningkat secara proporsional terhadap peningkatan debit yang dihasilkannya. Terjadi penurunan energi yang diperlukan oleh pompa AP-S100 dibandingkan pompa lokal. Penurunan energi potensial tersebut berkisar 1,08% - 4,17%.
Motor listrik mengubah energi listrik menjadi gerakan mekanik dan dibedakan menjadi dua kategori yang berbeda: DC(Direct Current) dan AC(Alternatif Current).
Berdasarkan kekuatannya, motor listik dibagi menjadi 3 kategori yaitu kecil, sedang dan besar. Motor biasa(kecil) terbagi menjadi motor-motor horsepower kecil dengan rating dari 1/20 hingga 1 horepower.
Motor sedang terbagi menjadi motor-motor dengan rating 1 hingga 100 Hp dengan motor besar antara 100 hingga 50.000 Hp.
Teori Operasi Motor
Motor DC Medan-Lilitan (Wound-Field)
Motor Lilitan-Seri (Series-Wound) Motor Lilitan-Paralel (Shunt-Wound) Motor Gabungan (Compound)
Motor dgn Magnet Permanen
Rangkaian Kontrol Motor DC
Aktuator: kmponen sistem kontrol prtama
yg benar2 bergerak motor elektrik Berdasar daya penggeraknya: AC & DC Motor AC:
lebih kecil, lebih andal & lebih murah
berputar pd laju tetap trgantung frek jaringan
Motor DC:
laju, torka & arah dpt diubah sesuai beban bekerja pd teg rendah antar-muka mudah
Konduktor yg mengalirkan arus akan me- rasakan gaya kala di dlm medan magnet
Arah arus, medan & gaya baku tegaklurus
Teori Operasi [3]
Torka: gaya-putar yg dpt dihasilkan motor
Armature motor yg sesungguhnya:
Hubungan kesebandingan:
T ∞ F sedangkan F ∞ B dan F ∞ I
Motor Lilitan-Seri
Konfigurasi ini menghasilkan torka awal
yg besar:
Motor Lilitan-Paralel
Motor dgn regulasi laju yg lbh alamiah:
Motor Gabungan
Motor ini memiliki kelebihan motor lilitan- seri & lilitan-paralel:
Jenis Motor
Dalam dunia industri ada beberapa jenis motor. Jenis ini sesuai dengan fungsinya. Diantaranya adalah :
• AC Motors
• DC Motors
• Brushless DC Motors
• Servo Motors
• Brushed DC Servo Motors
• Brushless AC Servo Motors
• Stepper Motors
• Linear Motors
AC Motors
Jenis motor yang sering digunakan dalam industri yaitu motor 3 phasa.
Keuntungannya
• Simple Design
• Low Cost
• Reliable Operation
• Easily Found Replacements
• Variety of Mounting Styles
• Many Different Environmental Enclosures
Kerugian
• Expensive speed control
• Inability to operate at low speeds
• Poor positioning control
DC Motors
Motor DC kebanyakan digunakan untuk kecepatan variable yang bias diatur dan aplikasi pengontrolan putaran.
Keuntungan
• Easy to understand design
• Easy to control speed
• Easy to control torque
• Simple, cheap drive design
Kerugian
• Expensive to produce
• Can't reliably control at lowest speeds
• Physically larger
• High maintenance
• Dust
MOTOR LISTRIK DC (L2)
I. Tujuan:
Setelah melakukan praktikum motor listrik ini mahasiswa diharapkan mampu:
Mampu memahami prinsip kerja dari motor listrik dc
Set-up dan menggambarkan disain motor dc
Menunjukkan hubungan tegangan dengan kecepatan putar yang dihasilkan secara grafik
Dasar Teori
Gaya magnetik pada sebuah kawat yang memgangkut arus mempunyai banyak pemakaian yang berguna. Dua diantaranya yang paling penting adalah motor listrik dan galvanometer.
Motor dc yang dipakai dalam praktek mempunyai banyak lilitan dengan setiap lilitan berturutan yang dirotasikan sedikit, sehingga torka netto hampir konstan jika motor itu berputar.
TR.1.Dapatkah sebuah arus diinduksikan dalam kumparan dengan memutar magnet di dalam kumparan ? Jelaskan?.
TR.2.Pada saat kita menghidupkan mesin sepeda motor, sehingga sepeda motor itu dapat bergerak, coba jelaskan mengapa bisa terjadi demikian?
TR.3.Diketahui sebuah kumparan segiempat dengan jumlah lilitan N, diputar dengan kecepatan . Apabila luas penampang dari kumparan tersebut adalah A dan besanya induksi magnet yang diberikan adalah B. Tentukan GGL induksi yang timbul pada kawat tersebut?
TR.4.Sebuah kumparan dengan lilitan 400 dan jari-jari 15 cm diputar terhadap sumbunya yang tegak lurus dengan medan magnet yang besarnya 0,02 T. Berapa kecepatan angular yang dibutuhkan untuk menghasilkan induksi maksimum emf sebesar 4 V?
III. Metode Eksperimen
A. Alat dan Bahan
Bingkai Panel lengkap dengan unit dasar mesin.
Dua keping kutub magnet lengkap dengan dua magnet permanen
Dua kutub rotor, tiga kutub rotor, 12 kutub rotor.
Brusk Holder lengkap dengan karbon dan kabel penghubung
Multimeter
Tachometer
Power Supply rendah
Starter
B. Prosedur Percobaan
Mulailah dengan merangkai Motor listrik seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Prosedur praktikum ini mengikuti langkah-langkah sebagai berikut:
1.Alat no. 2 dipasang pada unit dasar mesin saling berhadapan (perhatikan tanda magnet permanen yang terlihat harus berlainan), bagaimana garis-garis medan magnetnya ?
2.Dengan memasang 2 kutub rotor pada tengah-tengah unit dasar mesin dan menghubungkan ke power supply, Untuk mendapatkan hubungan DC gunakan penghubung brusk Holder (5) samping sejajar
3.Cocokan set up motor anda dengan petunjuk asisten !
4.Perkirakan ke arah mana kutub-kutub rotor tersebut akan berputar.
5.Dengan menghubungkan power supply pada 24 V, on-kan power supply dan putar knop ke kanan. Apa yang terjadi ? Cobalah memutar brusk holder sampai arah putar rotor berubah arah, jelaskan fenomena ini. Pada posisi brusk holder tetap cobalah beberapa harga R stater, bagaimana pengaruh R stater terhadap kecepatan putar?
7.Dengan seijin asisten, mulailah mengambil data perubahan Voltase dan kecepatan, untuk 3 variasi rotor, 2 variasi posisi brusk holder dan 2 variasi R stater
a.1) 2 kutub rotor, brusk holder posisi 1, stater R1
a.2) 2 kutub rotor, brusk holder posisi 1, stater R2
a.3) 2 kutub rotor, brusk holder posisi 2, stater R1
a.4) 2 kutub rotor, brusk holder posisi 2, stater R2
Voltase
(Volt) (kecepatan putar)
(RPM)
1.
2.
3.
4
5.
b.1) 3 kutub rotor, brusk holder posisi 1, stater R1
b.2) 3 kutub rotor, brusk holder posisi 1, stater R2
b.3) 3 kutub rotor, brusk holder posisi 2, stater R1
b.4) 3 kutub rotor, brusk holder posisi 2, stater R2
c.1) 12 kutub rotor, brusk holder posisi 1, stater R1
c.2) 12 kutub rotor, brusk holder posisi 1, stater R2
c.3) 12 kutub rotor, brusk holder posisi 2, stater R1
c.4) 12 kutub rotor, brusk holder posisi 2, stater R2
Dari data di atas, uraikan penjelasan anda tentang pengaruh tegangan, posisi brusk holder dan stater terhadap kecepatan putar dalam pembahasan.
IV. Buku Acuan
“Electrical Machine Teaching Models” TPS 2.5. Leybold Didactic GMBH
Serway, R. “Physics for scientist & Engineers With Modern Physics” , James Madison University Harrison burg, Virginia, 1989 Bab 31 hal 879.
Resnick & Haliday, “ Fisika Jilid 2 ” (terjemahan).
TURUNKAN REKENING LISTRIK SAMPAI 40%.
?????
APA MUNGKIN!
Pengantar.
Energi makin mahal. Tarif listrik PLN akan terus dinaikkan sampai mencapai besaran tarif yang memungkinkan PLN menjadi BUMN yang sehat. PLN Indonesia bahkan sudah mengumumkan akan ada kenaikan 6% tiap 4 bulan. Tatif daya pada WaktuBebanPuncak 4x LuarWBP. Sebagai konsumen yang tergantung pada pasokan PLN, sepantasnya makin sadar betapa pentingnya menggunakan listrik seefisien dan seefektip mungkin. Penghematan akan menurunkan biaya listrik, namun tidak harus menurunkan tingkat kenyamanan dan justru mendatangkan keuntungan berusaha yang lebih tinggi. Penghematan juga bernilai sosial. Jika setiap konsumen mau menghemat antara 5 s/d 10% saja, akan memberikan peluang pada saudara kita yang sedang menunggu sambungan listrik, bisa segera dipenuhi tanpa menunggu dibangunnya pembangkit baru.
Bagaimana Caranya?
Garis besar cara penghematan pemakaian energi listrik dapat dibagi dalam 7 langkah penghematan yaitu:
1. Gunakan Refrigerant Hydrokarbon untuk sistim tata udara : AC & refrigerasi.
Beban listrik untuk AC/refrigerasi bisa mencapai 70% dari seluruh beban pemakaian listrik. Dengan memakai refrigerant hydrokarbon, maka akan diperoleh penurunan kWh AC/refrigerasi sampai 30% yang berarti penuruan rekening yang sangat besar.
2. Terapkan prosedur operasional sederhana/manual atau prosedur operational otomatis dalam menggunakan semua beban listrik agar tepat waktu dan sasaran serta kebutuhan.
Penerapan prosedur operasional manual/automatis sangat mudah dan hanya tergantung kepada adanya kemauan untuk memperlakukan energy listrik secara hemat sesuai keperluan saja.
3. Gunakan peralatan hemat listrik dan pemasangan alat penghemat listrik di seluruh instalasi.
Sangat mudah dan sudah tersedia di pasar.
4. Perbaikan kwalitas daya listrik.
Kwalitas daya listrik terpakai atau power faktor (PF) minimal harus sebesar 85%. Apabila PF kurang dari 85% maka konsumen dibebani biaya kVARh. Dengan pemasangan Capasitor Bank maka PF pemakaian daya oleh konsumen bisa dinaikkan sampai 97%. Dengan cara ini bisa diperoleh penghematan dalam 2 hal sekaligus, yaitu, penghilangan biaya kVARh dan penurunan daya tersambung yang berarti penurunan biaya abunemen daya.
5. Menghilangkan atau mengurangi gangguan harmonisa listrik.
Gangguan harmonisa disamping memboroskan listrik juga berpotensi merusaka peralatan dan jaringan listrik.
6. Merawat sambungan/koneksi simpul2 kabel listrik yang tidak sempurna.
Koneksi yang tidak sempurna akan menjadi hambatan listrik, berakibat pemborosan listrik dan berpotensi memicu konsleiting.
7. Hilangkan pemborosan energi yang terjadi pada besaran listrik lain, yakni pada tegangan dan arus yang tidak seimbang, arus/tegangan surja (surge, impuls), tegangan surut sesaat, kehilangan catu daya sesaat, catu daya hilang 1 fasa. Menurut Asosiasi produsen listrik Amerika (NEMA), ketidak-seimbangan tegangan supply sebesar hanya 5% saja, bisa mengakibatkan kenaikan panas unit motor listrik sebesar 50% dari normal dan mengakibatkan penurunan kapasitas kerja unit tsb. sebesar 25%
Dengan melakukan 7 (tujuh) langkah diatas, tidak jarang akan menghasilkan tingkat penghematan yang mengagetkan. Kami ada kasus penghematan 50%, padahal belum dilakukan penggatian refrigerant dengan jenis hydrokarbon. Disamping penghematan nyata berupa turunnya tagihan listrik, gedung dan isinya semakin terjamin keamanannya dari bahaya kebakaran akibat konsleting listrik yang dapat memusnahkan semuanya.
Oleh karena itu, jangan ragu melakukan 7 (tujuh) langkah diatas. Bila ada kesulitan melakukan sendiri, kami sanggup melakukan untuk anda secara profesional. Dari pengalaman kami, biaya yang timbul akan setara 6 bulan sampai 30 bulan nilai penghematan. Bila kita perhitungkan sebagai suatu projek, maka projek pay-out adalah antara 6 bulan sampai 30 bulan. Dengan asumsi umur ekonomis jasa hanya 5 tahun, maka IRR nya hampir 100%. Suatu tingkat profitability projek yang tinggi dan tanpa resiko karena merupakan upaya penghematan biaya dari proses yang sudah pasti. Tidak perlu tambahan SDM bahkan justru bisa mencegah PHK banyak pegawai.
Ilustrasi :
Estimasi penghematan per bulan Rp10juta. Garansi umur ekonomis jasa penghematan 5 tahun sampai 10th.
Penghematan 5 tahun dengan tarif listrik konstan = Rp600jt. Biaya jasa dan part cukup mahal misalnya setara 24 bulan penghematan = Rp240jt.
Sehingga Pay-out = 24 bulan. Total penghematan 5 tahun = Rp360jt. NPV @15% = Rp 194jt. IRR= 93%.
Bayangkan bila penghematan adalah Rp50jt/bulan!!!!!!!!!!!!!!
***********************************************************************************************************************
Salam :
Penulis
M. Restyanto Alumni TM-75 UGM, Jogjakarta.
1982 – 1997 Karyawan perusahaan minyak, pensiun dini.
1998 - Sekarang PT KKW : Suplier umum kebutuhan pengeboran minyak.
Wiraswasta jasa M/E & Penghematan Energi Listrik.
Patner
Setyas Tjaryo MSc Alumni TL-75 UGM, Jogjakarta.
1981 – Sekarang Karyawan UT, Projek Manager High Rise Building Lippo Karawaci, Dosen Listrik Arua Kuat Trisakti, Konsultan Energy Saving BI, Wiraswasta jasa M/E & Penghematan Energi Listrik.
SISTEM OTOMASI*
Nugroho Agung Pambudi
Pemerhati otomasi
Sistem otomasi dapat didefinisikan sebagai suatu tekhnologi yang berkaitan dengan aplikasi mekanik, elektronik dan sistem yang berbasis komputer (komputer, PLC atau mikro). Semuanya bergabung menjadi satu untuk memberikan fungsi terhadap manipulator (mekanik) sehingga akan memiliki fungsi tertentu.
Sejarah perkembangan sistem otomasi bermula dari governor sentrifugal yang berfungsi untuk mengontrol kecepatan mesin uap yang dibuat oleh james watt pada abad ke delapan belas. Dengan semakin berkembangnya komputer maka peran-peran dari sistem otomasi konvensional yang masih menggunkan peralatan-peralatan mekanik sederhana sedikit demi sedikit memudar. Penggunaan komputer dalam suatu sistem otomasi akan menjadi lebih praktis karena dalam sebuah komputer terdapat milliaran komputasi dalam beberapa milli detik, ringkas karena sebuah PC memiliki ukuran yang relatif kecil dan memberikan fungsi yang lebih baik daripada pengendali mekanis.
1. Elemen dasar sistem otomasi
Terdapat tiga elemen dasar yang menjadi syarat mutlak bagi sistem otomasi, yaitu power, program of instruction, kontrol sistem yang kesemuanya untuk mendukung proses dari sistem otomasi tersebut.
a. Power
Power atau bisa dikatakan sumber energi dari sistem otomasi berfungsi untuk menggerakan semua komponen dari sistem otomasi. Sumber energi bisa menggunakan energi listrik, baterai, ataupun Accu, semuanya tergantung dari tipe sistem otomasi itu sendiri.
b. Program of instruction
Proses kerja dari sistem otomasi mutlak memerlukan sistem kontrol baik menggunakan mekanis, elektronik ataupun komputer. Untuk program instruksi / perintah pada sistem kontrol mekanis maupun rangkaian elektronik tidak menggunakan bahasa pemrograman dalam arti sesungguhnya, karena sifatnya yang analog. Untuk sistem kontrol yang menggunakan komputer dan keluarganya (PLC maupun mikrokontroler) bahasa pemrograman merupakan hal yang wajib ada.
Bahasa pemrograman seperti yang dilukiskan dalam gambar berikut akan memberikan perintah pada manipulator dengan perantara driver sebagai penguat. Perintah seperti “out”, “outport” ,”out32” sebenarnya hanya memberikan perintah untuk sekian millidetik berupa arus pada manipulator yang kemudian akan diperkuat.
Gambar 1. Proses kerja program instruksi
Translasi/kompilasi bahasa (seperti Pascal, C, Basic, Fortran), memberi fasilitas pada programer untuk mengimplementasikan program aplikasi. Daerah ini merupakan antarmuka antara pengguna dengan sistem. Translator atau kompiler untuk bahasa pemrograman tertentu akan mengubah statemen-statemen dari pemrogram menjadi informasi yang dapat dimengerti oleh komputer.
Instruksi komputer merupakan antarmuka antara perumusan perangkat lunak program aplikasi dan perangkat keras komputer. Komputer menggunakan instruksi tersebut untuk mendefinisikan urutan operasi yang akan dieksekusi. Penyajian Data membentuk antarmuka antara program aplikasi dan komputer. Daerah irisan dari ketiga lingkaran menyatakan sistem operasi. Sistem operasi ini yang akan mengkoor-dinasi
interaksi program, mengatur kerja dari perangkat lunak dan perangkat keras yang bervariasi, serta operasi dari unit masukan/keluaran.
Komputer merupakan salah satu produk teknologi tinggi yang dapat melakukan hampir semua pekerjaan diberbagai disiplin ilmu, tetapi komputer hanya akan merupakan barang mati tanpa adanya bahasa pemrograman untuk menggambarkan apa yang kita kerjakan, sistem bilangan untuk mendukung komputasi, dan matematika untuk menggambarkan prosedur komputasi yang kita kerjakan.
c. Sistem kontrol
Sistem kontrol merupakan bagian penting dalam sistem otomasi. Apabila suatu sistem otomasi dikatakan layaknya semua organ tubuh manusia seutuhnya maka sistem kontrol merupakan bagian otak / pikiran, yang mengatur dari keseluruhan gerak tubuh. Sistem kontrol dapat tersusun dari komputer, rangkaian elektronik sederhana, peralatan mekanik. Hanya saja penggunaan rangkaian elektronik, perlatan meknik mulai ditinggalkan dan lebih mengedepankan sistem kontrol dengan penggunaan komputer dan keluarganya (PLC, mikrokontroller)
Sistem kontrol sederhana dapat ditemukan dari berbagai macam peralatan yang kita jumpai, diantaranya
- Setiap toilet memiliki mekanisme kontrol untuk mengisi ulang tangki air dengan pengisian sesuai dengan kapasitas dari tangki tersebut. Mekanisme sistem kontrol tersebut menggunakan peralatan mekanis yang disusun sedemikian rupa sehingga membentuk sistem otomasi.
- AC atau air conditioner merupakan sistem otomasi yang menggunakan sistem kontrol mikroelektronik atau yang sering disebut komputer sederhana.
- Robot assembly contoh sistem otomasi yang menggunakan klntrol sistem komputer atau keluarganya. Sistem control tersebut akan memberikan pengaturan pada gerakan-gerakan tertentu untuk menyusun suatu peralatan pada industri.
REFERENSI
Adi Kurniadi : Pemrorgaman Microsoft Visual Basic ; Penerbit PT. Elek Media Komputindo ; Jakarta, 2000
Antony pranata : Pemrogrman Borland Delphi 6: Penerbit Andi ; Yogyakarta2003
Internet : www.Wikipedia.com/id/search/automation system
Katsuhiko Ogata : Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan Jilid 1) ; Penerbit Erlangga ; Jakarta
Mikell P. Groover : Automation Production systems, and Computer-Integrated Manufacturing : Pearson Education ; Singapore, 2001
Richard C. Dorf : Sistem Pengaturan ; Penerbit Erlangga ; Jakarta, 1983
S. Pakpahan : Kontrol Otomatik ; Penerbit Erlangga ; Jakarta, 1984
* tulisan ini merupakan bagian skripsi S1 penulis tahun 2006
KESIMPULAN
Dengan mengacu pada metode disain yang benar, maka unjuk kerja dari pompa lokal dapat ditingkatkan. Hal ini dibuktikan dengan unjuk kerja prototipe pompa AP-S100, sebagai hasil dari perbaikan disain pompa lokal, mampu meningkatkan efisiensi sebesar 10.67% - 16.14%, debit 62.29% - 12.14 %, tinggi total 12.08% – 34.86% dan menghemat energi potensial sebesar 1.08% - 4.17%. Untuk lebih mengurangi energi potensial pompa, perlu dicari alternatif lain bahan material untuk impeller agar lebih ringan, sehingga daya poros yang diperlukan berkurang.
DASAR MESIN LISTRIK
Dimana motor digunakan
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi 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 angin) dan di industri.Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.
Bagaimana sebuah motor bekerja
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar 1):
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 torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan
kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
Komponen motor listrik bervariasi untuk berbagai jenis motor, dalam bab 2 dijelaskan
untuk masing-masing motor.
Gambar 1. Prinsip Dasar dari Kerja Motor Listrik.
2. JENIS MOTOR LISTRIK
Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan motor. Dafar para pemasok motor listrik.
Gambar 3 memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.
Gambar 2. Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik
2.1 Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan.
Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis
magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi
untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan
berikut:
Gaya elektromagnetik: E = KFN
Torque: T = KFIa
Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
F = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
2.1.1 Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited
Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.
2.1.2 Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri
dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
2.1.3 Motor DC daya sendiri: motor seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):
Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).
2.1.4 Motor DC Kompon/Gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon,
gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase
penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin
tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh,
penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek,sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok.
Gambar 6: Karakteristik Motor Kompon DC
2.2 Motor AC
Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan daalam Gambar 7. Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.
Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).
2.2.1 Motor sinkron
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
Gambar 7. Motor Sinkron
(Integrated Publishing, 2003)
Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):
Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.
Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:
Ns = 120 f / P
Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub
2.2.2 Motor induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan
industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.
a. Komponen
Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.
Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat
Gambar 8. Motor Induksi (Automated Buildings)
c. Klasifikasi motor induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama.
Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang 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 hingga ratusan Hp.
d. Kecepatan motor induksi
Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan
medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar.
Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron
namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/ slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran:
% Slip = Ns – Nb x 100
Ns
Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM
e. Hubungan antara beban, kecepatan dan torque
Gambar 9 menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor:
Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang rendah (“pull-up torque”).
Mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan arus mulai turun.
Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan stator turun ke nol.
Gambar 9. Grafik Torque-Kecepatan Motor Induksi AC 3-Fase
DAFTAR PUSTAKA
Agung Prabowo, Agung Hendriadi, MJ. Tjaturetna B, dan Novi Sulistyosari, 2003. Perbaikan Disain dan Pengembangan Pompa irigasi Sentrifugal Buatan Lokal Untuk Meningkatkan Unjuk Kerjanya. Laporan Akhir Kegiatan Penelitian dan Perekayasaan Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian (Unpublished). Serpong.
Agung Prabowo, Agung Hendriadi, Novi Sulistyosari, Hari Gunardi dan Affifudin, 2003. Metode Perbaikan Disain Pompa Sentrifugal Diterapkan Untuk Pompa Buatan Lokal. Temu Ilmiah Pengembangan Mekanisasi Pertanian. Bogor, 16 Desember 2003.
Anderson, H. H., 1964. Centrifugal Pump. Trade and Technical Press Ltd. Crown House Morden Surrey England.
BSN ,1998. Prosedur dan Cara Uji Pompa Air Sentrifugal Untuk Irigasi. Standar Nasional Indonesia. Badan Standardisasi Nasional-BSN. Jakarta
BSN, 1998. Unjuk Kerja Pompa Air Sentrifugal Untuk Irigasi. Standar Nasional Indonesia. Badan Standardisasi Nasional-BSN. Jakarta
Church, A. H. 1972. Centrifugal Pumps and Blowers. Robert E. Krieger Publishing Company. Huntingtin, New York, USA.
Ludwig, G., Meschkat, S. and Stoffel, B. 2000. Design Factors Affecting Pump Efficiency. Darmstadt University of Technology. Magdalenenstrabe 4, D-64289 Darmstadt, Germany.
Stepanoff, A. J. 1957. Centrifugal and Axial Flow Pump. John Wiley and Sons. Inc., New York, USA.
Torishima Pump. 1999. Hand Book. Torishima Pump MFG. Co., Ltd. Japan.
Lampiran 1. Skema Fasilitas Uji Pompa di BBP Mektan, Serpong.
Lampiran 2. Instalasi Pengujian Pompa di BBP Mektan, Serpong
DAFTAR PUSTAKA
Haryanto. 2007. Sains untuk Sekolah Dasar Kelas VI. Penerbit Erlangga-Jakarta.
Purwanto, B. Dan Nugroho, A. 2007. Belajar Ilmu Alam dan Sekitarnya 1 untuk Kelas VII SMP dan MTs. Penerbit Tiga Serangkai Pustaka Mandiri-Solo.
Setyaningtyas, Y. 2008. Seri Cerdas Tanpa Guru : Cerdas Sains Kelas 4-6 SD. Penerbit Pustaka Widyatama-Yogyakarta.
Tim IPA SMP/MTs. 2007. Ilmu Pengetahuan Alam 1. PT. Galaxy Puspa Mega-Jakarta
Tim Sains Fisika SLTP. 2004. Sains Fisika Untuk SLTP Kelas 1 Berdasarkan Kurikulum Berbasis Kompetensi. Penerbit PT. Galaxy Puspa Mega-Jakarta
Utomo, S. dan Miarjo, S. 2008. Siap Belajar Mandiri-Menjadi Siswa Unggulan, Kuasai Tuntas Sains SD Kelas 4-6. Penerbit Limas-Jakarta.
Wismono, J. dan Riyanto. 2007. Gembira Belajar IPA, untuk Sekolah Dasar Kelas 6. Penerbit Grasindo-Jakarta.
☺ © ♥ ea/materi 8/mentari/bio 6/December/08 ♥☺
Tidak ada komentar:
Posting Komentar