MODUL 4. Percobaan Pengatur (Governor) I.
Tujuan Percobaan
Pada dasarnya, pengujian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik pengatur (governor) dengan membuat grafik yang menyatakan hubungan antara kecepatan poros, Z , dengan posisi sleeve, untuk berbagai beban atau berbagai berat bandul. Dari grafik-grafik tersebut dapat disimpulkan di daerah mana suatu pengatur stabil dan tidak stabil. II.
Landasan Teoretis
Setiap alat yang memiliki kemampuan mengatur elemen mesin pada suatu keadaan tertentu disebut governor. Terdapat banyak macam governor, namun umumnya tergantung pada karakteristik gerak rotasi yang diadaptasi dari pendulum sederhana. Ketika beban dari motor bakar (misalnya diesel) meningkat, tentunya pasokan bahan bakar ke motor harus ditambah untuk mempertahankan kecepatan poros engkol (crankshaft). Governor merasakan perubahan kecepatan motor dan secara otomatis menyesuaikan pasokan bahan bakar sesuai beban motor. Pemakaian governor yang paling populer adalah di Pembangkit Listrik Tenaga Diesel. Selain di motor diesel, governor juga digunakan pada turbin uap, turbin air, dan turbin gas. Pada turbin air misalnya, governor akan membuka katup fluida ketika putaran turbin mulai menurun. Berdasarkan cara kerjanya, pengatur atau governor dibedakan menjadi dua, yaitu - Pengatur sentrifugal (centrifugal governor) - Pengatur inersia (inertia governor) Pengatur sentrifugal bekerja berdasarkan gaya sentrifugal, sedangkan pengatur inersia bekerja berdasarkan momen inersia yang timbul karena terjadinya percepatan sudut. Karena lebih rumit, jenis yang kedua ini tidak banyak digunakan, walaupun reaksinya lebih cepat. Dalam percobaan ini yang dibahas hanya pengatur sentrifugal. Di percobaan ini dapat diuji tiga jenis governor sesuai konstruksinya, yaitu: x
Pengatur Porter Pengatur ini mempunyai bandul (massa) yang dihubungkan dengan mekanisme seperti tersaji di Gambar 1. Gaya sentrifugal (gaya inersia) yang terjadi akibat gerak melingkar beraturan bandul ditahan oleh batang bagian atas dan batang bagian bawah.
13
Untuk pengatur Porter, keadaan seimbang dicapai bila persamaan berikut terpenuhi:
Z2
W (1 k ) w g 2 w h
(1)
Rumus yang identik dapat diturunkan untuk pengatur yang lain. Z W w g h k
= = = = =
kecepatan putar [rad/s] gaya berat rangka pengatur [N] gaya berat bandul [N] percepatan gravitasi [m/s2] jarak pemberat dari titik perputaran atas [m] = tan E/ tan D
Gambar 1 Pengatur Porter
x
Pengatur Proell Pengatur Proell mempunyai konstruksi yang hampir sama dengan pengatur Porter, tetapi bandul pada pengatur ini dikait ke satu batang saja, yaitu batang bagian bawah. Karena hanya ditahan oleh batang bagian bawah, yang ditambah pengaruh gaya berat bandul, gaya ke atas pada rangka pengatur governor Proell lebih besar dibandingkan gaya ke atas pada pengatur Porter untuk kecepatan putar yang sama.
14
Gambar 2 Pengatur Proell
x
Pengatur Hartnell Pengatur Hartnell memakai pegas untuk menahan gerakan ke atas, sehingga dibutuhkan kecepatan putar yang lebih besar (atau gaya centrifugal yang lebih besar) untuk mengangkat rangka pengatur.
Gambar 3 Pengatur Hartnell
Data:
a = 120 mm b = 60 mm k = 2,56 N/mm untuk pegas dengan 10 ulir k = 1,79 N/mm untuk pegas dengan 5 ulir
Suatu governor dikatakan stabil apabila perubahan posisi sleeve proporsional dengan perubahan kecepatan putar poros.
15
III.
Prosedur Percobaan dan Pengukuran
Yang diukur dalam pengujian ini adalah: 1. Kecepatan putar poros, diukur dengan memakai tachometer optik 2. Posisi sleeve, diukur dengan menghitung skala yang terdapat di poros 3. Berat bandul yang dipasang, seperti tertera di bandul. Percobaan dapat dilakukan dengan tiga macam pengatur, yaitu Porter, Proell, dan Hartnell.
A. B. C. D.
Main Unit Pengatur Porter Beban 1 kg Pengatur Hartnell
E. F. G. H.
Pegas Pengatur Proell Beban 400 g Beban 500 g
Gambar 3 Peralatan Uji Pengatur
IV.
Tugas Sesudah Praktikum
a. Turunkan persamaan yang identik dengan persamaan (1) untuk ketiga macam pengatur yang sudah disebutkan. b. Sebutkan contoh spesifik dimana governor dipakai sebagai pengatur kecepatan. c. Jelaskan yang dimaksud dengan stabilitas pengatur. V.
Petunjuk Tambahan
Geometri pengatur Porter disajikan di Gambar 4 dan hubungan antara jari-jari lintasan bandul, r, dan jarak bandul ke engsel atas, h, sebagai fungsi pembacaan skala disajikan di Gambar 5. 16
Gambar 4 Geometri Pengatur Porter
Gambar 5 Kalibrasi Pengatur Porter 17
Gambar 6 Geometri Pengatur Proell
VI.
Rujukan
Holowenko, A.R., Dynamics of Machinery, John Wiley, 1955
18
